אינדיקטורים לעומק
חומרים שמשנים צבע ומספרים לנו סודות על תמיסות - הכלים של הכימאי
עיניים כימיות
איך עובד אינדיקטור?
מנגנון הפעולה של אינדיקטורים
אינדיקטור הוא בעצמו חומצה חלשה (או בסיס חלש) שצורתו החומצית בצבע אחד וצורתו הבסיסית בצבע אחר.
נסמן את האינדיקטור כ-HIn (צורה חומצית) ו-In- (צורה בסיסית):
HIn ⇌ H+ + In-
צבע א' צבע ב'
בסביבה חומצית (הרבה H+):
השיווי משקל נדחף שמאלה ← יותר HIn ← צבע א'
בסביבה בסיסית (מעט H+):
השיווי משקל נדחף ימינה ← יותר In- ← צבע ב'
לכל אינדיקטור טווח pH שבו מתרחש שינוי הצבע, שנקרא טווח המעבר.
אינדיקטור הוא חומצה חלשה צבעונית. שינוי ה-pH משנה את היחס בין שתי הצורות שלו, ולכן משתנה הצבע.
האינדיקטורים שחובה לדעת
אינדיקטורים נפוצים - טבלה מלאה
| אינדיקטור | בחומצה | ניטרלי | בבסיס | טווח מעבר pH | שימוש עיקרי |
|---|---|---|---|---|---|
| לקמוס | אדום | סגול | כחול | 5-8 | זיהוי מהיר חומצה/בסיס |
| פנולפתלאין | שקוף | שקוף | ורוד-סגול | 8.2-10 | טיטרציה עם בסיס חזק |
| מתיל כתום | אדום | כתום | צהוב | 3.1-4.4 | טיטרציה עם חומצה חזקה |
| מיצוי כרוב סגול | אדום/ורוד | סגול | ירוק/צהוב | כל הטווח | ניסויים ביתיים, חינוך |
| נייר pH אוניברסלי | אדום-כתום | ירוק | כחול-סגול | 0-14 | מדידת pH מהירה |
| ברומותימול כחול | צהוב | ירוק | כחול | 6.0-7.6 | בדיקת מי בריכה |
* כל אינדיקטור עובד בטווח pH שונה - לכן חשוב לבחור את הנכון למשימה!
לקמוס - האינדיקטור הוותיק
מה זה לקמוס?
לקמוס מופק מחזזיות (lichens) - אורגניזמים שחיים על סלעים ועצים.
הוא אחד האינדיקטורים הוותיקים ביותר - בשימוש כבר מאות שנים!
מגיע בשתי צורות:
- נייר לקמוס כחול - הופך אדום בחומצה
- נייר לקמוס אדום - הופך כחול בבסיס
פשוט, זול ומהיר.
מגבלות
לקמוס לא נותן ערך pH מדויק - הוא רק אומר 'חומצי' או 'בסיסי'.
לא מתאים לטיטרציה - טווח המעבר רחב מדי (pH 5-8).
לא מזהה ניטרלי בביטחון - הצבע הסגולי יכול להופיע בטווח רחב.
לזיהוי מהיר ופשוט - מצוין.
למדידה מדויקת - לא מספיק.
פנולפתלאין - כוכב הטיטרציה
פנולפתלאין הוא האינדיקטור הנפוץ ביותר לטיטרציה. הסיבה? הוא שקוף לחלוטין בסביבה חומצית וניטרלית, ומשתנה לורוד בוהק ברגע שהתמיסה הופכת בסיסית מעט (pH > 8.2). השינוי דרמטי וברור - קל מאוד לזהות את הרגע המדויק.
איך זה נראה בניסוי
דמיינו: כוס עם תמיסת HCl (חומצית) + כמה טיפות פנולפתלאין - התמיסה שקופה. מתחילים לטפטף NaOH (בסיס) מהבירטה. טיפטוף, טיפטוף - עדיין שקוף. ואז, טיפה אחת נוספת - ובום! התמיסה הופכת ורוד בבת אחת ולא חוזרת להיות שקופה. זו נקודת השקילות - הרגע שכל החומצה נוטרלה.
מיצוי כרוב סגול - אינדיקטור ביתי מדהים
מיצוי כרוב סגול - קשת הצבעים
כרוב סגול מכיל חומר טבעי שנקרא אנתוציאנין, שמשנה צבע על פני כל טווח ה-pH!
הצבעים לפי pH:
pH 1-2: אדום (חומצי מאוד)
pH 3-4: ורוד-סגול
pH 5-6: סגול
pH 7: סגול-כחלחל (ניטרלי)
pH 8-9: כחול-ירקרק
pH 10-12: ירוק
pH 13-14: צהוב (בסיסי מאוד)
זהו האינדיקטור היחיד שנותן צבע שונה כמעט לכל pH! לכן הוא מושלם לניסויים.
מיצוי כרוב סגול הוא אינדיקטור אוניברסלי טבעי - הוא נותן קשת שלמה של צבעים ומאפשר לזהות pH בקירוב.
ניסוי ביתי: הכנת אינדיקטור כרוב סגול
הוראות - קל ובטוח!
שלב 1: הכנה
קחו 2-3 עלים של כרוב סגול, קרעו לחתיכות קטנות והניחו בסיר.
שלב 2: בישול
הוסיפו 2 כוסות מים ובשלו 15-20 דקות על אש נמוכה. המים יהפכו סגולים כהים.
שלב 3: סינון
סננו את הנוזל לכלי נקי. הנוזל הסגול הוא האינדיקטור שלכם!
שלב 4: בדיקה
חלקו לכמה כוסות והוסיפו: לימון, חומץ, סבון, סודה לשתייה, אקונומיקה (זהירות!). צפו בשינויי הצבעים.
שאלה לחשיבה
הוספתם מיצוי כרוב סגול לתמיסה והצבע הפך ירוק. מה ניתן לומר על התמיסה? מה ה-pH המשוער?
ירוק מציין סביבה בסיסית חזקה, עם pH בערך 10-12. דוגמאות לחומרים שייתנו צבע ירוק: סבון, אמוניה, חומרי ניקוי בסיסיים. צבע ירוק נמצא בצד הבסיסי של קשת הצבעים של כרוב סגול.
בחירת האינדיקטור הנכון
לא כל אינדיקטור מתאים לכל משימה. הנה הכללים לבחירה נכונה:
מתי להשתמש בכל אינדיקטור?
זיהוי מהיר חומצה/בסיס
לקמוס או כרוב סגול
צריכים לדעת רק אם חומצי או בסיסי
לקמוס: פשוט ומהיר
כרוב סגול: נותן גם הערכת pH
נייר pH: נותן ערך pH מספרי
טיטרציה חומצה חזקה + בסיס חזק
פנולפתלאין
שינוי צבע חד וברור
שקוף ← ורוד בנקודת השקילות
טווח מעבר: pH 8.2-10
מתאים כי נקודת השקילות ב-pH 7
טיטרציה עם חומצה חזקה + בסיס חלש
מתיל כתום
נקודת השקילות ב-pH < 7
מתיל כתום: מעבר ב-pH 3.1-4.4
מתאים יותר לטווח החומצי
שינוי אדום ← צהוב
מדידת pH מדויקת
חיישן pH דיגיטלי
דיוק עד 0.01 יחידות pH
לא מושפע מצבע התמיסה
עובד עם כל תמיסה
הכי מקצועי ומדויק
שאלה לחשיבה
רוצים לבצע טיטרציה של חומצה חלשה (חומצה אצטית) עם בסיס חזק (NaOH). נקודת השקילות תהיה ב-pH > 7 (כי המלח של חומצה חלשה + בסיס חזק הוא בסיסי). איזה אינדיקטור עדיף - מתיל כתום או פנולפתלאין? מדוע?
פנולפתלאין עדיף! הסיבה: נקודת השקילות של חומצה חלשה + בסיס חזק נמצאת ב-pH > 7 (בערך pH 8-9). טווח המעבר של פנולפתלאין הוא pH 8.2-10, שנמצא בדיוק באזור הזה. מתיל כתום (טווח מעבר 3.1-4.4) ישנה צבע הרבה לפני נקודת השקילות האמיתית, ויתן תוצאה לא מדויקת.
שאלה לחשיבה
יש לכם תמיסה צבעונית כהה (כמו קולה או קפה). האם תוכלו להשתמש באינדיקטור נוזלי לבדוק את ה-pH? מה האלטרנטיבה?
בתמיסה צבעונית כהה, קשה מאוד לראות שינוי צבע של אינדיקטור נוזלי - הצבעים מתערבבים. האלטרנטיבות: (1) חיישן pH דיגיטלי - הכי טוב, לא מושפע מצבע כלל. (2) נייר pH אוניברסלי - טובלים את הנייר ומוציאים, הצבע על הנייר עצמו ולא בתמיסה. (3) מדללים את התמיסה מאוד (אם אפשר) ואז בודקים עם אינדיקטור נוזלי.
כרוב סגול הוא לא האינדיקטור הטבעי היחיד! הנה עוד כמה שאפשר לנסות:
- כורכום (tumeric) - צהוב בחומצה, אדום-חום בבסיס. בפעם הבאה שתבשלו עם כורכום, שימו לב שאם נופלת טיפת סבון הצבע משתנה!
- תות עץ (blueberry) - מכיל אנתוציאנין כמו כרוב סגול
- עלי כותנה - מכילים פלבנואידים שמשנים צבע
- תה (חליטה חזקה) - משתנה מכהה לבהירה בסביבה חומצית (שימו לימון בתה - הוא מתבהר!)
- ורדים אדומים - מכילים אנתוציאנין שמשנה צבע
כל צמח שצבעו אדום, סגול או כחול מכיל כנראה אנתוציאנין ויכול לשמש אינדיקטור!
פרחי הורטנזיה (Hydrangea) משנים צבע לפי חומציות הקרקע! בקרקע חומצית (pH < 6) הם כחולים, ובקרקע בסיסית (pH > 7) הם ורודים. גננים מוסיפים אלומיניום גופרתי (חומצי) לקרקע כדי לקבל פרחים כחולים, או סיד (בסיסי) לפרחים ורודים.
זו דוגמה מרהיבה לכך שכימיה של חומצות ובסיסים נמצאת ממש בגינה!
לסיכום: אינדיקטורים הם כלים כימיים לזיהוי pH. לכל אינדיקטור טווח מעבר שונה, ולכן חשוב לבחור את הנכון למשימה. לקמוס - לזיהוי מהיר. פנולפתלאין - לטיטרציה. כרוב סגול - לניסויים ביתיים ולהערכת pH כללית. חיישן דיגיטלי - למדידה מדויקת.