Indikatoren (Vertiefungswissen)

Guten Tag und herzlich willkommen. Dieses Video heißt Indikatoren. Es ist vorgesehen für den Grundkurs der Kursphase in den Gymnasien. Der Film ist folgendermaßen gegliedert: 1. Was sind Indikatoren? 2. Wo setzt man Indikatoren ein? 3. pH-Indikatoren 4. Wie funktionieren Phenolphthalein und Methylorange? 5. Zusammenfassung   1.: Was sind Indikatoren ? Wenn eine chemische Verbindung in Lösung kommt, dort eine Änderung einer Eigenschaft erfährt und es zu einer Farbänderung kommt, so spricht man von einem Indikator.   2.: Wo setzt man Indikatoren ein ? Eine Möglichkeit des Einsatzes von Indikatoren ist die Säure-Base-Titration. Solche Indikatoren bezeichnet man als pH-Indikatoren. Eine weitere Möglichkeit der Anwendung besteht bei der Redox-Titration. Wenn Fe^+2 -Ionen zu Fe1+3 -Ionen oxidiert werden, so stellt der Indikator Ferroin diese Veränderung fest. Mit Fe^+2 -Ionen gibt er einen rot gefärbten Komplex. Mit Fe^+3 -Ionen ist der Komplex blau. Man nennt solche Indikatoren Redox-Indikatoren. Und schließlich werden chemische Indikatoren in der Komplexometrie eingesetzt. Man nennt Komplexometrie mitunter auch Chelatometrie. Bei der Komplexometrie werden mehrwertige Ionen, wie zum Beispiel das Calcium Ion, durch mehrere Bindungen fest eingeschlossen. Das Bindungsmuster erinnert an das Zufassen einer Schere, daher Chelatkomplex. Solche Komplexe werden auch mit Schwermetallionen gebildet. Um festzustellen, ob alle Ionen durch den Chelatkomplex erfasst wurden, werden bestimmte Indikatoren eingesetzt. Zwei von ihnen heißen Murexid und Eriochromschwarz T. Derartige Indikatoren werden als Metallindikatoren bezeichnet.   3.: pH-Indikatoren Wie schon erwähnt werden pH-Indikatoren bei der Titration von Säuren und Basen verwendet. Zum einen kann eine Säure mit einer Base titriert werden, oder umgekehrt, eine Base, kann mit einer Säure titriert werden. Im 1. Fall werden zu den Hydroniumionen Hydroxidionen gegeben. Im 2. Fall werden die Hydroxidionen mit Hydroniumionen versetzt. Bei pH-Indikatoren kann es sich um schwache Säuren handeln. Hier: HInd. HInd wird durch Wasser protolysiert. Es bildet sich die korrespondierende Base Ind^-1 (1-fach negativ geladen) und ein Hydroniumion H3O^+. Wenn man auf das chemische Gleichgewicht Hydroniumionen einwirken lässt, ein saures Medium wählt, so wird es in Richtung der Ausgangsstoffe verschoben. Es ist ein Überschuss an undissoziierter Säure HInd vorhanden, der eine Farbe 1 gibt. Mit Hydroxidionen OH^- im basischen Medium reagieren die Hydroniumionen des Gleichgewichts zu Wasser. Das Gleichgewicht wird praktisch nach rechts verschoben, in Richtung der Reaktionsprodukte. Es bildet sich ein Überschuss an korrespondierender Base Ind^-, mit der Farbe 2. Einen ähnlichen Prozess kann man beschreiben, wenn es sich beim pH-Indikator um eine Base handelt. Wir können somit feststellen: pH-Indikatoren sind schwache Säuren oder Basen, die andere Farben als ihre konjugierten Basen oder Säuren haben. Noch eine wichtige Bemerkung: die Begriffe Base und Säure rechts oben beziehen sich auf die Titration, womit titriert wird. Die Begriffe Basen und Säuren hingegen, aus dem Merksatz, beziehen sich auf die pH-Indikatoren. Wir wollen nun zwei wichtige pH-Indikatoren besprechen.   4: Wie funktionieren Phenolphthalein und Methylorange ? Der pH-Indikator Phenolphthalein ist im pH-Bereich von 0 bis etwa 8 farblos. Im pH-Bereich von 8 bis 12 im basischen Bereich ist Phenolphthalein rosafarben oder auch pink, wenn ihr so wollt. Bei Phenolphthalein handelt es sich um eine schwache Säure. Wir schreiben: H2Ind (das steht für Phenolphthalein) + 2H2O stehen im chemischen Gleichgewicht mit 2Ind^- + 2H3O^+. Undissoziiertes Phenolphthalein ist in Lösung farblos. Geben wir eine Säure dazu, H3O^+ (Hydroniumionen), so wird das chemische Gleichgewicht dieser Reaktion nach links verschoben. Es ist hauptsächlich undissoziiertes Phenolphthalein vorhanden. Daher ist die Lösung farblos. Wenn OH^- Ionen hinzugegeben werden, das heißt, wenn ein basisches Medium vorliegt, reagieren diese Hydroxidionen mit den Hydroniumionen. Das chemische Gleichgewicht wird dadurch in Richtung der Reaktionsprodukte verschoben. Das Ion Ind^- liegt hauptsächlich in Lösung vor. Es hat eine pinke Farbe. Betrachten wir nun Methylorange. Methylorange ist ein orangefarbenes Pulver. Bei pH-Werten oberhalb 4 im schwach sauren und im basischen Bereich ist Methylorange in Lösung gelb. Bei pH< (kleiner gleich) 4 im sauren Bereich, wo Hydroniumionen H3O^+ vorliegen, färbt sich die Lösung orange. Bei Methylorange handelt es sich um eine schwache Base. HInd (das ist Methylorange) reagiert mit Wasser (H2O) zu H2Ind^+ +OH^-. Geben wir Hydroxidionen hinzu (OH^-), das heißt, wir arbeiten im basischen Medium, so wird das Reaktionsgemisch in Richtung der Ausgangsstoffe verschoben. Methylorange liegt in undissoziierter Form HInd vor. Es hat eine gelbe Farbe. Geben wir eine Säure dazu und reagiert das Reaktionsgemisch mit Hydroniumionen H3O^+, so reagieren die Hydroxidionen mit diesen Hydroniumionen. Das Reaktionsgemisch wird in Richtung der Reaktionsprodukte verschoben. Es liegt hauptsächlich H2Ind^+ vor. Dieses hat eine orangene Farbe.   5.: Zusammenfassung Ein Indikator ist eine chemische Verbindung, die die Veränderung einer Eigenschaft durch eine Farbänderung anzeigt. Chemische Indikatoren können den Verlauf von Redoxreaktionen anzeigen. Außerdem werden sie bei der Komplexometrie (auch Chelatometrie genannt) eingesetzt. Und schließlich gibt es pH-Indikatoren, die anzeigen ob Hydroniumionen (H3O^+) oder Hydroxidionen (OH^-) vorliegen. Indikatoren reagieren zum Beispiel gemäß H2Ind + 2H20 zu 2Ind^- + 2H3O^+. Hier verhält sich der Indikator wie eine schwache Säure. Ein Beispiel für so einen Indikator ist Phenolphthalein. Bei Zugabe von Hydroxidionen bildet sich eine pinke Färbung. Das geschieht, weil das Gleichgewicht nach rechts verschoben wird. Die Ind- Ionen sind pinkfarben. Als 2. besteht die Möglichkeit, dass der pH-Indikator HInd ein Wasserstoffion aufnimmt. HInd + 2H2O stehen im Gleichgewicht mit H2Ind^+ + OH^-. Hier verhält sich der pH-Indikator HInd wie eine schwache Base. Ein Beispiel für so einen pH-Indikator ist Methylorange. Gibt man zu so einer Lösung eine Säure (Hydroniumionen H3O^+), so reagieren diese mit den Hydroxidionen der Lösung. Das Gleichgewicht wird nach rechts verschoben. Es entsteht ein Überschuss an Ionen H2Ind+. Diese liefern eine orange Färbung. Danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.