Indikatoren (Expertenwissen)

Guten Tag und herzlich willkommen. Dieses Video heißt Indikatoren. Es ist vorgesehen für den Leistungskurs der Kursphase an den Gymnasien. Der Film ist wie folgt gegliedert: 1. Eigenschaften eines Indikators 2. Verschiedene Indikatoren 3. pH-Indikatoren 4. Warum wird Phenolphthalein rot? 5. Zusammenfassung   1. Eigenschaften eines Indikators Bei einem Indikator sollte es sich a) um einen Farbstoff handeln, damit man in der Lage ist, eine Eigenschaft zu detektieren. Als 2. sollte der Indikator in der Lage sein, b) seine Farbe zu verändern. Eine Farbe 1, sollte bei Änderung der Bedingungen in eine andere Farbe 2, wechseln. Die Reaktion, die bei der Farbänderung abläuft, sollte c) eine Umkehrreaktion sein. Außerdem ist d) wichtig, dass es sich beim Indikator um eine relativ stabile, chemische Verbindung handelt.   2. Verschiedene Indikatoren Indikatoren verwendet man a) bei der Säure-Base-Titration. Bei der Säure-Base-Titration werden entweder Hydroniumion, H3O+ mit Hydrozition OH- zitriert oder umgekehrt. Außerdem verwendet man Indikatoren b) für die Redoxtitration. Wenn bei der Titration Eisen 2 Ionen in Eisen 3 Ionen übergehen, so kann man das durch einen geeigneten Idikator feststellen. Man verwendet dafür Ferroin. Mit Eisen 2 Ionen ist er rot gefärbt, mit Eisen 3 Ionen, blau. Ein wichtiges Einsatzgebiet der Indikatoren ist c) die Komplexometrie, auch Chelatometrie genannt. Wenn ein Ion, wie das Kupfer 2 Ion, durch mehrere Bindungen fest, wie durch eine Schere eingeschlossen wird, so spricht man von einem Chelat oder Chelatkomplex. Die Komplexometrie wird eingesetzt für Schwermetall-Ionen oder für Mehrwertige-Ionen generell, wie für Calzium 2+ und Magnesium 2+. Wichtige Metallindikatoren sind Murexid und Eriochromschwarz T.   3. pH-Indikatoren pH-Indikatoren sollen anzeigen, ob Hydronium-Ionen vorliegen, ob das Medium sauer ist, oder ob Hydroxid-Ionen vorliegen, ob das Medium basisch ist. Ein wichtiger pH-Indikator ist Phenolphthalein. Bei Phenolphthalein handelt es sich um eine schwache Säure. Ihre Reaktion mit Wasser kann man entsprechend der Protolyse beschreiben. H2Ind + 2H2O stehen im chemischen Gleichgewicht zu 2Ind- zu 2H3O+. Bei der Zugabe von Hydronium-Ionen H3O+ im sauren Medium wird das chemische Gleichgewicht von rechts nach links verschoben. Das heißt, Phenolphthalein kommt hauptsächlich in undissoziierter Form H2Ind vor. Die entsprechende Lösung ist farblos. Das bleibt sie für pH-Werte bis 8. Bei der Einwirkung von Hydroxid-Ionen OH- auf die Lösung, reagieren diese mit den Hydronium-Ionen H3O+, und es kommt zu einer Bildung von Reaktionsprodukten. Es entsteht ein großer Anteil an Ind -Ionen. Diese sind rosa gefärbt. Die Lösung ist in einem pH-Bereich oberhalb 8 rosa. Ein weiterer wichtiger ph-Indikator ist Methylorange. Methylorange ist eine schwache Base, daher reagiert Methylorange in wässriger Lösung HInd+H2O stehen im chemischen Gleichgewicht mit H2Ind+ + OH-. Bei einem Überschuss von Hydroxid-Ionen OH- drücken diese das chemische Gleichgewicht in Richtung der Ausgangsstoffe. In Lösung ist hauptsächlich undissoziertes Methylorange HInd enthalten. Dieses ist gelb. Methylorange ist oberhalb von PH-Wert 4 in wässriger Lösung gelb. Wenn man zur Lösung Hydronium-Ionen, H3O+, zugibt, reagieren diese mit den Hydroxid-Ionen und das chemische Gleichgewicht bildet zusätzlich Reaktionsprodukte. In Lösungen ist ein Überschuss an Ionen H2Ind+ enthalten. Diese sind orange gefärbt. Methylorange ist in einem pH-Bereich von 4 abwärts orange gefärbt. Festes Methylorange hat eine ähnliche Farbe. In der Chemie ist eine große Zahl von ph-Indikatoren bekannt.   4. Warum wird Phenolphthalein rot? Betrachten wir einmal das Aussehen des Phenolphthalein-Moleküls im sauren Medium bei H3O+ und im basischen Medium bei OH-. Schaut Euch bitte beide Formeln aufmerksam an. Die Struktur im Sauren zeigt ein wenig konjugiertes System. Das heißt, Doppel- und Einzelbindungen wechseln sich hier nur begrenzt ab. Im basischen Medium finden wir ein stark konjugiertes System. Das heißt, Doppel- und Einfachbindungen wechseln sich hier laufend ab. Ausgehend von einfachen Orbitalvorstellungen, kann man daraus eine Aussage über die Orbitale formulieren. Im sauren Medium ist die Energiedifferenz zwischen besetzten und nicht besetzten Orbitalen groß. Im Fall des basischen Mediums ist diese Energiedifferenz bedeutend geringer. Wenn Tageslicht auf eine saure Lösung einstrahlt, so kann dieses nicht absorbiert werden. Im basischen Medium ist die Energiedifferenz ausreichend klein, sodass ein Teil des Tageslichtes absorbiert werden kann. Man kann theoretisch rechnerisch bestimmen, um welche Wellenlänge es sich dabei handelt, und diese Wellenlänge einer Farbe zuordnen. Es ist grasfarbenes Licht. Mithilfe des Farbkreises können wir nun die Farbe des reflektierten Lichtes bestimmen. Die Farbe des absorbierten Lichtes sehen wir oben links. Die Farbe des reflektierten Lichtes finden wir auf der entgegengesetzten Seite des Farbkreises. Wir finden hier eine rote Farbe, genauer gesagt, eine rosane Farbe, oder auch pinke Farbe. Daher hat Phenolphthalein im basischen Medium eine rote Farbe.   5. Zusammenfassung Bei Indikatoren handelt es sich um Farbstoffe. Wichtig ist, dass diese Farbstoffe in mindestens 2 verschiedenen Farben auftreten können. Die Reaktionsprodukte, die diesen Farben entsprechen, stehen im chemischen Gleichgewicht. Verantwortlich für die Lage des Gleichgewichts, sind die Bedingungen. Indikatoren kann man für Redoxreaktionen einsetzen. Indikatoren finden Verwendung in der Komplexometrie. Phenolphthalein wird durch Wasser protalisiert. Dabei entstehen Hydronium-Ionen. Für pH-Werte oberhalb 8 bilden sich Ionen Ind-. Phenolphthalein ist rosa. Methylorange reagiert in wässriger Lösung unter Bildung von Hydroxid-Ionen OH-. Die Ionen H2Ind+ sind unterhalb pH 4 orangefarben. Phenolphthalein ist eine schwache Säure. Das heißt, PH-Indikatoren können Säuren sein. Methylorange ist eine schwache Base. Das heißt, pH-Indikatoren können Basen sein. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.