Skoro omówione zostało zachowanie kwasów, doszedłem do wniosku, że jest dobra okazja, by opisać wskaźniki pH. A to dlatego, że te tajemnicze substancje to nic innego, tylko słabe kwasy (lub zasady). Posiadają one dość skomplikowaną budowę, która powoduje, że absorbują (pochłaniają) one pewne zakresy światła widzialnego. To z kolei powoduje, że dociera do nas tylko część spektrum światła białego (tę niezaabsorbowaną) - co odbieramy jako barwę! To jednak jeszcze za mało. Taki związek chemiczny, jak np. oranż metylowy (poniżej) może, jak każdy kwas dysocjować, tworząc anion. Nieco inny układ elektronów w cząsteczce zdysocjowanej i niezdysocjowanej powoduje, że mają różną barwę. I właśnie to pozwala nam rozpoznawać pH.

pK_a oranżu metylowego wynosi 3,7 i oznacza (wyprzedzając trochę materiał z kolejnych lekcji), że dla pH=3,7 w roztworze obecne będzie takie samo stężenie obu form tego związku. W ten sposób uzyskamy barwę pośrednią. Jeśli pH będzie trochę niższe (3 i mniej) obserwować będziemy wyłącznie barwę formy niezdysocjowanej (czerwoną), jeśli wyższe (4,5 i więcej) wyłącznie barwę formy zdysocjowanej (żółtą). W zakresie pH 3,1-4,4 będzie widoczna barwa pośrednia, stopniowo zmieniająca się od czerwonej do żółtej. Podczas dodawania kwasu do roztworów, co dokładniej omówię za kilka dni, jedna kropla odczynnika (kwasu mineralnego) powoduje skok pH np. z 5 do 3 i natychmiastową zmianę barwy. Dotyczy to m.in. miareczkowania, również wersji uproszczonej, znanej jako testy kropelkowe do oznaczania KH (GH też się oznacza miareczkowo, ale tam jest inny typ reakcji – kompleksowanie – i co za tym idzie, inny typ wskaźników).
Najważniejszym wskaźnikiem w akwarystyce jest błękit bromotymolowy (powyżej), ponieważ jego pK_a wynosi 7,1. Zakres zmiany barwy wynosi 6,0-7,7 i obejmuje odczyny najczęściej występujące w akwariach. Tu jedna uwaga. Zakres zmiany barwy jest sprawą do pewnego stopnia subiektywną, bo zależy od indywidualnych zdolności rozpoznawania barw (tu kobiety zazwyczaj biją mężczyzn na głowę), a dodatkowo nie musi być symetrycznie rozłożony wokół wartości pK_a (bo oko ma różną zdolność percepcji różnych barw).
Oprócz wspomnianego błękitu bromotymolowego stosować można inne wskaźniki pH, w zależności od indywidualnych potrzeb. Poniżej podaję kilka z nich, wraz z zakresami zmiany barwy. W praktyce często stosuje się także mieszaniny różnych wskaźników, co pozwala na rozszerzenie zakresu zmiany barwy, zazwyczaj jednak kosztem dokładności (prawie każdy zastanawiał się, czy mu wychodzi 7,5 czy 8 w kranie - prawda?). Dodam tylko, że samodzielnie wykonany zestaw roztworów wzorcowych pozwala bez najmniejszego wysiłku oznaczać pH z dokładnością do 0,1.


Odpowiedzi do zadań z kwasów są tu (naprawdę):

dr inż. Andrzej Radomski (SGGW)