Индикаторы

Определение "Индикаторы" в словаре Брокгауза и Ефрона

Индикаторы (хим.) — этим именем называются такие вещества, которые, будучи введены в круг исследуемых химических превращений, образованием окрашенных соединений различных оттенков или выделением характерных осадков показывают на существование в данной среде или соединений с определенной химической функцией, напр. кислот, щелочей и проч., или таких веществ, как, напр., йод, некоторые соли серебра, железа и проч., которые нашли почему-либо большое применение при химических исследованиях; в общем смысле это — вещества, дающие характерные качественные реакции. Достоинство И. определяется, с одной стороны, его чувствительностью, а с другой — определенностью указаний, и чем меньше на практике встречаются условия, могущие влиять на его показания, тем он считается ценнее. И. играют большую роль при химических исследованиях, и на их употреблении построен целый отдел химического анализа, так наз. объемный анализ. Громадное большинство из И., употребляемых при титровании, служит для характеристики кислот и щелочей; сюда относятся: лакмус, фенолфталеин, метилоранж, розоловая кислота, тропеолин, куркума, кошениль, фенацетолин и проч.

Между И. первое место как по важности, так и в историческом отношении занимает лакмус. С кислотами он дает красное окрашивание, со щелочами — синее, нормальный же цвет его фиолетовый; употребляется в виде водного раствора и в виде так наз. лакмусовых бумажек. Для технических целей, когда не нужно особенной чувствительности, лакмусовую настойку готовят таким образ., что продажный измельченный лакмус настаивают в воде и полученный раствор синего цвета (от присутствия углекислой щелочи и др.) подкисляют серной кислотой до тех пор, пока из синего он не сделается фиолетовым, что легче всего видно при разбавлении водой взятых проб. Для получения очень чувствительного лакмуса существует множество рецептов. Очень удобен способ, предложенный Wartha. Хорошо измельченный лакмус здесь прежде всего экстрагируется обыкновенным спиртом, и раствор удаляется. Остаток обливают водой и настаивают сутки или двое; при этом в воду переходит красящее вещество лакмуса, нерастворимое в спирте. Раствор выпаривают досуха на водяной бане и обливают абсолютным спиртом, подкисленным уксусной кислотой (последняя прибавляется для нейтрализации углекислых солей в лакмусе, перешедших в водный раствор), при чем происходит окончательное обезвоживание массы и получается возможность измельчения ее в порошок, который до тех пор продолжают обрабатывать подкисленным (уксусной кислотой) абсолютным спиртом, пока сливаемый спирт не перестанет окрашиваться. Спирт извлекает красящее вещество пурпурного цвета, не изменяющееся от действия щелочей и уменьшающее чувствительность лакмуса. Обработанный таким образом порошок лакмуса выпаривают затем на водяной бане с чистым абсолютным спиртом для полного удаления свободной уксусной кислоты, после чего растворяют его в воде. Раствор — фиолетового цвета и обладает чрезвычайной чувствительностью. Настойка лакмуса должна сохраняться в открытых сосудах, не особенно высоких, но широких и только частью наполненных жидкостью; горлышко сосуда закрывается ватой для предохранения от пыли. Дело в том, что на этой настойке в закрытых сосудах быстро развиваются особые грибки, которые изменяют цвет ее. Предложено много средств для устранения такой порчи: салициловая кислота и ее соли, фенол и др., и хотя они достигают своей цели в смысле консервации, но при этом страдает чувствительность лакмуса. В стерилизованном состоянии настойка его и в закрытых сосудах не изменяется. Указывают, что если выпарить ее на водяной бане около 90°, то после растворения в небольшом количестве глицерина она также хранится очень долго. Для приготовления чувствительной бумаги выбирают плотную непроклеенную бумагу средней толщины, старательно промывают ее водой и погружают в ванну с раствором определенной крепости, стараясь при этом, чтобы лист был пропитан равномерно с обеих сторон. Когда жидкость стечет, листы развешивают сушиться в помещениях, где нет кислых и аммиачных паров, пыли и пр.; потом их разрезают на полоски и выбирают места, равномерно окрашенные до известного оттенка. Лакмусовая настойка не должна быть густа и бумага толста; это вредит чувствительности; нельзя брать для этой цели обыкновенную пропускную бумагу, так как в этом случае при испытаниях капля исследуемой жидкости быстро дает на бумаге большое пятно и изменение в цвете, распространяясь на большую поверхность, будет менее интенсивно. Бумажки хранятся в закрытых склянках и не на свету. Для обычных целей готовят красные или синие лакмусовые бумажки, прибавляя к нейтральной настойке некоторое количество кислоты или щелочи. При употреблении лакмуса как И. нужно заметить следующее. Прежде всего, его раствора берут всегда при титровании определенное количество на объем титруемой жидкости и стараются в момент конца реакции получить известный оттенок в окраске жидкости, притом именно такой, какой был при установке титров исходных растворов. Для точности иногда прибавляют к лакмусу несколько капель кислоты или щелочи, именно — столько, чтобы при разведении водой в известном отношении получить этот желаемый оттенок (красный или синий), и тогда при титровании употребляют тот или другой раствор, смотря по тому, кончают ли красным или синим цветом; таким образом устраняется неопределенность в израсходовании титрованного раствора при опытах на изменение цвета от нейтрального до желаемого оттенка. Дело в том, что нейтральный оттенок лакмуса мало характерен и всегда приходится кончать при некотором избытке употребляемого титрованного раствора. Энергичные кислоты: серная, соляная, азотная, а также щавелевая легко определяются с лакмусом [при употреблении обычных титрованных растворов К(НО), N(HO), Ba(НО) ₂ ], и конец реакции — образование средней соли — ясно улавливается [Интересно исследование Марша, который нашел, что эти кислоты в безводном состоянии на лакмус не действуют, и если, напр., HNO ₃ окрашивает лакмусную бумагу, то это объясняется образованием воды при нитровании.]. Присутствие азотнокислых, хлористых, сернокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов не влияет при этом на чувствительность лакмуса. При определении кислот фосфорной, мышьяковой, борной, сернистой, угольной лакмус дает плохие результаты и с большим успехом может быть заменен другими И. То же самое можно сказать для органических кислот: уксусной, винной, лимонной и пр., так как переход цветов здесь бывает медленный и нерезкий. Определение щелочей, будут ли они в свободном состоянии или в виде углекислых, сернистоводородных солей, с лакмусом идет вполне хорошо; только в последнем случае, титруя серной кислотой, нужно кипячением, помешиванием удалять образующиеся СО ₂, Н ₂ S, которые оказывают слабую реакцию на лакмус. То же можно сказать и об определении Ca, Ba. Аммиак в водном растворе хорошо титруется с лакмусом. Анилин, толуидин, хинолин, а также из алкалоидов наркотин, папаверин не изменяют лакмус, и потому связанные с ними кислоты в присутствии лакмуса титруются как свободные. Также не действуют на лакмус нерастворимые слабые основания.

Фенолфталеин — желтоватый порошок, плавящийся ок. 150°, улетучивающийся при нагревании без остатка, мало растворимый в воде и хорошо в спирте. Слабо-желтый раствор не изменяется с кислотами, со щелочами же дает интенсивное розовое окрашивание. Продажный фенолфталеин нечист. Для очистки его промывают водой, потом растворяют в слабом растворе едкого кали, раствор осаждают уксусной кислотой, осадок тщательно промывают водой и растворяют в спирту. Для титрования употребляют раствор, содержащий на 100 в. ч. 90-95% спирта 1 в. ч. фенолфталеина, и при исследованиях берут его 2-3 капли. При определении таких кислот, как H ₂SO₄, HNO₃, HCl, щавелевая и т. п., фенолфталеин нисколько не уступает лакмусу, но для слабых, в особенности органических кислот, напр. уксусной, винной, лимонной, он является одним из лучших И. Надо заметить, что при титровании с фенолфталеином появившаяся розовая окраска жидкости через некоторое время заметно слабеет и наконец совсем может исчезнуть. Это объясняется действием углекислоты воздуха. При титровании фосфорной кислоты (орто-) окрашивание наступает в момент замещения двух атомов водорода металлом (на холоду реакция идет лучше, чем при нагревании); соли типа М ₃ PО ₄ имеют щелочную, a Н ₂ MРО ₄ — кислую реакцию на фенолфталеин. То же самое имеет место и для мышьяковой кислоты. Сернистая кислота довольно хорошо титруется с фенолфталеином; конец реакции — образование средней соли. Для борной кислоты он неприменим. Что касается определения щелочей и щелоч. земель в свободном состоянии, то с фенолфталеином получаются такие результаты, как и с лакмусом, но для титрования аммиака он совсем непригоден, и вообще присутствие аммиачных солей при титровании вредит его чувствительности. Определение щелочей в углекислых солях с фенолфталеином довольно интересно: при насыщении на холоду раствора средней соли (напр. Na ₂CO₃ — серной кислотой) розовая окраска исчезает, когда прилито столько кислоты, что выделившаяся СО ₂ с неразложенной солью как раз образует кислую соль: 2Na ₂CO₃ + Н ₂ SО ₄ = Na₂SO₄ + 2NaHCO₃, т. е. когда разложена половина всей соли. Если раствор нагреть, то при выделении СО ₂ окрашивание снова появляется и исчезает уже при полном разложении углекислой соли (если жидкость нагревать и взбалтывать). Это дает возможность делать определение свободных щелочей в присутствии их углекислых солей или определять углекислую соль в смеси с двууглекислой. В самом деле, в первом случае, титруя на холоду, мы определяем свободную щелочь + половина углекислой соли, а продолжая титровать при нагревании, найдем и другую половину углекислой соли. При большом избытке углекислых солей в сравнении со свободной щелочью результаты малоудовлетворительны. СаСО ₃, ВаСО ₃ тоже легко определяются при нагревании. Сказанное об углекислых солях относится и к сернистым щелочам: средние соли Na ₂ S и K ₂ S имеют щелочную реакцию, а в момент образования NaHS или KHS происходит обесцвечивание фенолфталеина. Определение щелочей и щелочных земель в фосфорных солях (орто-) с фенолфталеином уже ясно из предыдущего: если присутствует соль типа Н ₂ MРО ₄ — титруют щелочью; если типа М ₃ PО ₄ — кислотой. Анилин, хинолин, паратолуидин, а также органические основания: морфин, цинхонин, хинин, бруцин и вообще большинство алкалоидов на фенолфталеин не действует, и, таким образом, можно с фенолфталеином титровать связанные с ними кислоты. При титровании спиртовых растворов чувствительность фенолфталеина меньше; существует указание, что даже к совершенно нейтральному спирту нужно прибавить некоторое количество щелочи, чтобы спиртовой раствор фенолфталеина приобрел высшую чувствительность. Впрочем, меньшая чувствительность фенолфталеина в присутствии спирта может зависеть от образования из углекислоты, в нем растворенной или поглощаемой из воздуха, нерастворимых в спирте углекислых солей. Фенолфталеин служит также для приготовления чувствительных бумажек, но они менее употребительны, нежели лакмусовые.

Метилоранж представляет порошок, хорошо растворимый в воде, дающий раствор золотого желтого цвета. Кислотами он окрашивается в кирпично-красный цвет, щелочами же не изменяется. Для титрования употребляют раствор, содержащий 1 гр. метилоранжа на литр воды, и приливают его около 3-4 капель на 100 куб. стм. титруемой жидкости; большой избыток вредит чувствительности. При титровании сильных кислот HCl, H ₂SO₄, HNO₃, свободных щелочей и Ca (OH)₂, Ba(OH)₂ метилоранж почти не уступает ранее описанным лакмусу и фенолфталеину, хотя здесь присутствие хлористых, азотнокислых, азотистокислых, сернокислых солей, щелочных и щелочноземельных металлов оказывает влияние на результат; аммиак также хорошо титруется в присутствии метилоранжа. Угольная, борная и сернистоводородная кислоты на метилоранж не действуют, и в нем мы имеем отличное средство для определения Na, К, Ca, Ba в солях этих кислот прямо на холоду; в особенности он представляет большую ценность при анализе их борнокислых солей, где является почти единственным И. Для сернистокислых солей этих металлов метилоранж также считается лучшим И.; появление кирпично-красного окрашивания происходит в момент образования кислой соли HMSO ₃. При фосфорной кислоте (орто-) нейтральный пункт наступает в момент образования солей типа Н ₂ MРО ₄; соли типа М ₃ PО ₄ и М ₂ HРО ₄ показывают щелочную реакцию; то же — для мышьяковой кислоты. Органические кислоты уксусная, щавелевая, винная дают плохие результаты при титровании с метилоранжем. Анилин, толуидин, хинолин показывают щелочную реакцию на метилоранж и могут быть определены титрованием в его присутствии. Свободные жирные кислоты (из жиров) на метилоранж не действуют. Спирт вредит чувствительности метилоранжа. Предложено было употреблять смесь метилоранжа с фенолфталеином; тогда избыток щелочи или кислоты вызывает красное окрашивание; в нейтральном виде жидкость окрашена в слабо-желтый цвет. Для наглядности приводим таблицу, предложенную Томсоном, показывающую степень пригодности лакмуса, фенолфталеина и метилоранжа при титровании различных кислот. Цифры 1 и 2 показывают число атомов водорода, замещаемых в кислоте натрием или калием в момент образования нейтральной соли, черта — непригодность И.