Warum wechsel der pH-Indikator seine Farbe?
Wie kommt es dazu, dass sich die Farbe des pH-Indikators ändert?
2 Antworten
Indikatoren sind einfach Säuren (bzw. Basen, aber das kommt ja immer in Paaren). Als solche haben sie einen pKₐ-Wert, und wie jede Säure liegen sie bei pH≪pKₐ in ihrer Säureform vor, bei pH≫pKₐ in der Basenform.
Was Indikatoren speziell macht, ist daß ihre Säureform eine andere Farbe hat als ihre Basenform. Jede Säure mit unterschiedlicher Farbe für die Säureform und die Basenform eignet sich als Indikator und zeigt einen Farbumschlag bei pKₐ≈pH.
Hätten z.B. Essigsäure und Acetat verschiedene Farben, dann könntest Du Essigsäure (oder Natriumacetat) als Indikator verwenden, der bei pH≈pKₐ=4.75 umschlägt.
Die meisten Indikatoren sind große organische Moleküle, die flach gebaut sind und einem Teil ihrer Elektronen (den sogenannten π-Elektronen) erlaubt, sich ziemlich frei über das Molekül zu bewegen. Durch Anlagerung eines Protons in der Säureform wird die Bewegungsfreiheit der π-Elektronen eingeschränkt, sie werden also in einem kleineren Raum eingesperrt. Die Farbe entsteht durch Wechelwirkung der π-Elektronen mit dem Licht (dahinter steckt die Quantenmechanik), und die Details hängen unter anderem von der Größe des π-Systems ab; deshalb ändert sich die Farbe, je nachdem ob das Extra-Proton anwesend ist (in der Säureform) oder fehlt (in der Basenform).
https://www.chemieunterricht.de/dc2/farben/farb_03.htm
Protonierungen und Deprotonierungen bewirken eine Änderung der Größe des pi-Elektronensystems und somit eine Änderung des Absorptionsspektrums, weil sich der Energieabstand zwischen HOMO und LUMO ändert.