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Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über PH-Indikatoren sowie ihre Anwendungen und Funktionsweisen. Werfen Sie auch einen Blick auf die Liste der 7 Hersteller von PH-Indikatoren und deren Firmenranking.
Inhaltsübersicht
Ein pH-Indikator ist ein Oberbegriff für organische Farbstoffe, die bei einer Änderung des pH-Werts ihre Farbe ändern.
Sie werden auch als Säure-Base-Indikatoren oder neutralisierende Indikatoren bezeichnet. Der pH-Wert, bei dem die Reaktion, die die Struktur des Indikators verändert, stattfindet, ist je nach Indikator unterschiedlich, so dass es wichtig ist, einen Indikator zu wählen, der dem zu überprüfenden pH-Bereich entspricht. Phenolphthalein, das in basischen Lösungen färbt, ist ein Beispiel dafür.
pH-Indikatoren werden in der Forschung und Entwicklung in der verarbeitenden Industrie und an Produktionsstandorten eingesetzt und dienen auch zur Überprüfung des pH-Werts von Pflanzen und Böden. Darüber hinaus werden pH-Indikatoren seit langem in der Schulbildung, z. B. im naturwissenschaftlichen Unterricht, verwendet, da sie einen starken Farbumschlag aufweisen und einfach zu handhaben sind.
pH-Indikatoren sind vor allem in der Analytik weit verbreitet, da sie eine einfache Überwachung des pH-Werts von Probenlösungen ermöglichen. So werden sie beispielsweise in der verarbeitenden Industrie häufig zur Überprüfung des Neutralisationspunkts oder zur Kontrolle des pH-Werts von Abwässern eingesetzt. Insbesondere der pH-Bereich des Abwassers, das von Fabriken in die Kanalisation eingeleitet wird, ist staatlich festgelegt, so dass eine pH-Kontrolle des Abwassers unerlässlich ist.
Weitere Anwendungen sind die Kontrolle des pH-Werts von Böden und Lebensmitteln in der Landwirtschaft. Die pH-Messung ist insbesondere für ein stabiles Pflanzenwachstum von großer Bedeutung, da der pH-Wert des Bodens einen erheblichen Einfluss auf das Wachstum der Pflanzen hat und der optimale pH-Wert von Kultur zu Kultur und der ursprüngliche pH-Wert des Bodens von Region zu Region unterschiedlich ist.
Die Farbe des pH-Indikators ändert sich, weil sich die chemische Struktur des pH-Indikators mit dem pH-Wert ändert. Veränderungen des aromatischen Rings und der Position der Doppelbindung verändern den Energiezustand des Moleküls (HOMO- und LUMO-Energien), was wiederum die Wellenlänge des absorbierten Lichts verändert.
BTB-Lösung (Bromthymolblau) wird als pH-Indikator zur Unterscheidung zwischen Säuren und Basen verwendet, da seine Farbe zwischen sauren, neutralen und basischen Lösungen stark variiert. Streng genommen ist BTB sauer, so dass die chemische Struktur der handelsüblichen Produkte ein Natriumsalz ist.
Wenn der pH-Wert einer BTB-Lösung unter 6,0 liegt, bildet fast das gesamte BTB ein Salz mit Natrium, aber wenn der pH-Wert über 7,6 liegt, wird auch das Proton der Hydroxygruppe von BTB desorbiert und bildet ein zweiwertiges Anion. Diese Strukturänderung führt zu einem Farbwechsel: gelb bei einem pH-Wert unter 6,0, blau bei einem pH-Wert über 7,6 und grün bei einem pH-Wert dazwischen, wobei sich die Farben der beiden Verbindungen überlagern.
Phenolphthalein-Lösungen sind pH-Indikatoren zur Identifizierung basischer Lösungen. Wegen seiner leicht erkennbaren violetten Färbung wird es häufig bei naturwissenschaftlichen Experimenten in Schulen verwendet.
Phenolphthalein ist ein weißer Feststoff, der in Ethanol und Wasser löslich ist. In neutralen oder sauren Umgebungen sind Phenolphthalein-Lösungen durchsichtig, aber wenn der pH-Wert 9 übersteigt, kommt es zur Spaltung des Etheranteils und seiner Umwandlung in ein Anion und die Lösung färbt sich violett. Bei einem pH-Wert von mehr als 10 erfährt Phenolphthalein hingegen weitere strukturelle Veränderungen und bei einem pH-Wert von mehr als 13 wird die violette Lösung wieder farblos und transparent.
Der pH-Wert des Abwassers, das von Unternehmen in die Kanalisation eingeleitet werden darf, wird festgelegt und muss grundsätzlich neutral sein. In Fällen, in denen nur geringe Abwassermengen anfallen wie z. B. in Labors oder in der Forschung und Entwicklung wird eine schwache Base wie Natriumbicarbonat als Neutralisationsmittel verwendet und dem Abwasser ein pH-Indikator zugesetzt, der seine Farbe im neutralen Bereich ändert, um den pH-Wert zu überprüfen.
Da bei der Neutralisierung mit Natriumbicarbonat jedoch Kohlendioxidgas entsteht, kann es in manchen Fällen nicht in großen Produktionsstätten eingesetzt werden. In solchen Fällen kann die Neutralisation mit einer Base oder Säure wie Salzsäure oder Natriumhydroxid durchgeführt werden, bei der keine Gase entstehen.
Da der Indikator dem Abwasser am Produktionsstandort nicht direkt zugesetzt werden kann, wird das Abwasser nach der Behandlung beprobt und der Indikator zur Überprüfung des pH-Werts zugesetzt.
In der Landwirtschaft wird der pH-Wert des Bodens kontrolliert, da er einen erheblichen Einfluss auf die Pflanzen hat. Darüber hinaus ist die Bestätigung des pH-Werts häufig für eine Vielzahl von Lebensmitteln erforderlich, nicht nur für Nutzpflanzen.
Bei Lebensmitteln, die sich in Wasser auflösen wie z. B. getrocknete Suppen kann ein pH-Indikator zur einfachen Analyse dem in Wasser gelösten Lebensmittel zugesetzt werden. Bei festen Lebensmitteln wie Fleisch und Fisch wird anstelle eines pH-Indikators ein pH-Messgerät mit Elektroden verwendet.
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