Chất chỉ thị màu

Khái niệm : Chất chỉ thị màu CTM là những axit hữu cơ yếu hay bazơ hữu cơ yếu, điện li thuận nghịch kí hiệu HA và đặc biệt anion A– và phân tử HA có màu khác nhau Khi cho CTM vào nước th

CHẤT CHỈ THỊ MÀU

1 Khái niệm :

Chất chỉ thị màu (CTM) là những axit hữu cơ yếu hay bazơ hữu cơ yếu, điện li thuận nghịch (kí hiệu HA) và đặc biệt anion A– và phân tử HA có màu khác nhau

Khi cho CTM vào nước thì cân bằng được thiết lập :

HA + H2O H3O+ + A– (1)

Nếu cân bằng (CB) dịch chuyển về phía phải () dung dịch có màu của A–

Nếu cân bằng (CB) dịch chuyển về phía trái () dung dịch có màu của HA

Nếu một trong một hệ có hai chất có màu khác nhau thì việc quan sát bằng mắt chỉ cho phép ta nhận được màu của một chất khi nồng độ của nó ít nhất gấp 10 lần nồng độ chất kia Như vậy :

Khi [[HA A]] ≥ 10 , màu của chất chỉ thị là màu của HA

Khi [[HA A]] ≤ 0,1 , màu của chất chỉ thị là màu của anion A–

Từ (1) ta suy ra : pH = pK – lg [[HA A]] (2) (*)

Do đó, nếu [[HA A]] ≥ 10 , dung dịch có màu của HA, ta có :

pH ≤ pK – lg10

pH ≤ pK – 1 (3)

nếu [[HA A]] ≤ 0,1 , dung dịch có màu của A–, ta có :

pH ≥ pK – lg0,1

pH ≥ pK + 1 (4)

Khoảng pH từ (pK – 1) đến (pK + 1) là khoảng đổi màu của chất chỉ thị

Giới thiệu một số chất chỉ thị thường dùng trong các phòng thí nghiệm Hóa học :

Chất CTM Màu ở môi trường axit Khoảng biến đổi màu Màu ở môi trường bazơ Metyl da cam

Quỳ

Phenolphtalein

đỏ da cam đỏ

không màu

3,1 – 4,4

5 – 8

8 – 10

vàng xanh

đỏ (hồng) Trong thực tế, dùng CTM để xác định môi trường là axit, bazơ hay trung tính, tức là xác định được pH của dung dịch (**) Từ đây các người làm công tác hóa học mới có

cơ sở để xử lý môi trường cho thích hợp với mục đích của mình

N N N

CH3

CH3 NaO3S

N

H 3 C

H3C

N

H3C

H3C

Trong kỹ thuật hóa học, do yêu cầu người ta đã chế ra chất “chỉ thị màu vạn năng” (CTMVN) Đó là hỗn hợp các chất CTM có vùng chuyển màu rất rộng và tùy theo pH của dung dịch mà CTM này cho các màu khác nhau Một trong những công thức của CTMVN như sau :

Xanh bromthymol 0,8 g

Phenolphtalein 0,8 g

Vùng chuyển màu từ 4 đến 10,5 từ đỏ qua vàng xanh và tím

Hay một loại CTM tổng hợp gồm :

Metyl da cam 0,03 g/l

Metyl đỏ 0,159 g/l

Bromthymol xanh 0,39 g/l

Phenolphtalein 0,359 g/l

Được pha trong dung dịch rượu etylic 60% , màu của CTM này thay đổi theo từng đơn

vị pH :

Màu Đỏ Đỏ da cam Da cam Vàng Vàng lục Xanh lục Xanh tím Giấy pH là giấy lọc tẩm dung dịch CTM tổng hợp để xách định nhanh pH của dung dịch

2 Giới thiệu cấu tạo một số CTM

2a Metyl da cam (heliantin) : là chất hữu cơ có tính chất lưỡng tính với hằng số axit KA = 4.10–4

Ở môi trường kiềm và trung tính, nó có màu vàng là màu của anion :

Trong môi trường axit, anion này kết hợp với proton (H+) chuyển thành cation màu đỏ :

NaOH

N N SO3Na N

H3C

H3C

N

H3C

H3C

N HN SO3H N

H3C

H3C

C

O C

O

C OH C

O OH

O

COO

C O C

O

Cân bằng sau đây được thiết lập :

màu vàng da cam

hay

màu đỏ 2b Phenolphtalein :

Người ta điều chế phenolphtalein bằng cách cho andiđrit phtalic tác dụng với phenol theo phản ứng :

Phenolphtalein hình thành ở dạng tinh thể không màu Trong môi trường kiềm, trước hết phenolphtalein thủy phân tạo ra axit (I) đồng thời do sự ion hoá và sự tách nước tạo

ra anion mang điện tích âm hai (II) có cấu tạo quinoit nên dung dịch có màu đỏ thẫm Khi có dư kiếm, nhóm hiđroxi phenol thứ hai cũng ion hoá và bị trung hoà nên không còn khả năng tạo thành cấu tạo quinoit Do vậy anion mang ba điện tích âm của muối phenolat không có màu (III)

Khi axit hoá từ từ, những biến đổi này sẽ xảy ra theo một trật tự ngược trở lại

to, H2SO4 đ

– H2O

Phenolphtalein (dạng lactoit)

+ H2O – H2O

+ 2OH

-+ 2H+

+ OH

-+ H+

O

COO OH

I (không màu) II (màu đỏ thẩm)

III (không màu)

2c Quỳ tím :

Quỳ tím là hỗn hợp nhiều chất có nguồn gốc từ cây địa y (từ 10 đến 15 chất bao gồm : Erythrolein, Azolitmin, Spaniolitmin, Leucoorcein và Leucazolitmin …) Giấy quỳ tím hoá đỏ trong môi trường axit và hoá xanh trong môi trường bazơ

Trong hoá học, trong các ngành khác như y học, dược học, nông nghiệp, các phòng phân tích, phòng hoá nghiệm, trong giảng dạy, chất chỉ thị màu được dùng rất rộng rãi Với bài viết này, tác giả mong làm rõ một số vấn đề về lý thuyết chất chỉ thị màu để bạn đọc biết cách sử dụng

* Tài liệu tham khảo

- Hoá vô cơ – Hoàng Nhâm - tập 1

H+

OH–

+

Màu xanh

- Tư liệu giảng dạy Hoá học 11

- Tài liệu giáo khoa chuyên Hoá 11 – 12

- Hoá cơ sở

- Cơ sở lý thuyết hoá học

- Một số vấn đề chọn lọc của Hoá học - tập 2, tập 3

Trần Trọng Chấm