Фенолфталеин: что это и как работает индикатор в щёлочи и кислоте

Фенолфталеин — один из самых известных индикаторов в школьной химии. Достаточно капли, чтобы по цвету раствора понять, щёлочь в пробирке или нет. Ниже — что такое фенолфталеин, почему он меняет цвет и как с ним работать.

Что такое фенолфталеин

Фенолфталеин — органическое вещество, кислотно-основный индикатор. Индикатор — это вещество, которое меняет цвет в зависимости от среды раствора: кислой, нейтральной или щелочной.

Фенолфталеин устроен так: в кислых и нейтральных растворах он бесцветен, а в щелочных становится малиновым. Переход происходит примерно при pH от 8 до 10, поэтому вещество реагирует не на любое отклонение от нейтральности, а именно на заметную щёлочность.

Почему меняется цвет

В щелочной среде молекула фенолфталеина отдаёт ионы водорода, и её строение перестраивается. Новая форма иначе поглощает свет, и раствор приобретает малиновую окраску. Если вернуть кислую среду, процесс идёт в обратную сторону, и цвет исчезает.

У фенолфталеина есть особенность, которую часто упускают. В очень сильнощелочных растворах (при pH около 13 и выше) малиновый цвет постепенно пропадает: раствор снова становится бесцветным. Поэтому «бесцветно» не всегда означает «кислота».

Кислотность растворов описывают шкалой pH от 0 до 14: ниже 7 — кислая среда, около 7 — нейтральная, выше 7 — щелочная. Индикаторы не измеряют pH точно, но показывают, в какой части шкалы находится раствор.

Впервые фенолфталеин получил в 1871 году немецкий химик Адольф фон Байер из фенола и фталевого ангидрида — отсюда название.

Где используется фенолфталеин

Главное применение — лаборатория. В химическом анализе по фенолфталеину определяют точку нейтрализации при титровании: к раствору щёлочи с индикатором по каплям добавляют кислоту известной концентрации, и в момент, когда окраска исчезает, фиксируют израсходованный объём. По нему вычисляют, сколько щёлочи было в растворе.

В школе это упрощённый вариант того же опыта: ученик видит, что цвет исчез, и понимает, что щёлочи в растворе больше нет.

Как цвет меняют другие индикаторы

Фенолфталеин — не единственный индикатор. В школе чаще всего встречаются три, и их цвета удобно сравнить:

• лакмус — в кислоте красный, в нейтральной среде фиолетовый, в щёлочи синий;
• метилоранж — в кислоте красный или розовый, в нейтральной и щелочной среде жёлто-оранжевый;
• фенолфталеин — в кислоте и в нейтральной среде бесцветный, в щёлочи малиновый.

Метилоранж удобнее для кислой среды, фенолфталеин — для щелочной, а лакмус различает обе. Чтобы точнее оценить среду, используют универсальный индикатор: он даёт целую шкалу цветов по pH.

Что можно проверить фенолфталеином

Классические наблюдения в школьных опытах:

• Раствор щёлочи. Капля индикатора окрашивает его в малиновый цвет.
• Раствор кислоты. Цвета нет, индикатор остаётся прозрачным.
• Нейтрализация. К щёлочи с индикатором по каплям добавляют кислоту: малиновая окраска исчезает ровно в тот момент, когда щёлочь нейтрализована.
• Бытовые растворы. Мыльная вода от капли индикатора слабо розовеет, а лимонный сок и уксус остаются бесцветными: в мыльной воде среда слабощелочная, в соке и уксусе — кислая.
• Растворы солей. Раствор карбоната натрия (кальцинированной соды) с фенолфталеином розовеет — значит, среда щелочная, хотя это соль, а не щёлочь. У пищевой соды окраска будет лишь бледно-розовой.

Добавляйте одну-две капли индикатора и перемешивайте раствор после каждой капли: иначе окраска «запаздывает», и момент нейтрализации легко проскочить.

Опыт с содой удивляет: карбонат натрия при растворении создаёт щелочную среду. Лакмус в таком растворе тоже синеет, но малиновый цвет на светлом фоне заметнее. Поставьте пробирку на белый лист — оттенок будет виден лучше.

В каталоге «Химички» есть фенолфталеин, гидроксид натрия 7%, 65 мл и серная кислота 7%, 65 мл — всё, что нужно для опыта с нейтрализацией.

Типичные ошибки при работе с индикатором

• Слишком много капель. Индикатор сам слабая кислота, и избыток искажает результат.
• Раствор не перемешали. Окраска возникает только в месте попадания капли.
• Вывод «бесцветно — значит, кислота». Фенолфталеин бесцветен и в кислой, и в нейтральной среде, поэтому отличить их он не может: для этого берут лакмус или метилоранж.
• Забыли про сильные щёлочи. В очень концентрированной щёлочи цвет может пропасть, хотя среда остаётся щелочной.

Индикатор хранят в закрытой подписанной склянке в тёмном месте, вдали от огня и от продуктов.

Безопасная замена из кухни

Если химических реактивов под рукой нет, а попробовать идею хочется, подойдёт сок красной капусты. Антоцианы, которые окрашивают капусту, тоже работают как индикатор: в кислой среде сок розовеет, в нейтральной остаётся фиолетовым, в щелочной становится сине-зелёным.

Отвар капусты можно проверить на лимонном соке, уксусе, растворе пищевой соды и мыльной воде. Опыт простой, но уксус и лимонный сок всё равно могут раздражать глаза, поэтому нужны очки и аккуратность.

Безопасность

Индикатор работает в малых количествах, но правила остаются такими же, как для любых реактивов:

• работайте в защитных очках и перчатках, в проветриваемом помещении и вместе со взрослым;
• достаточно нескольких капель: добавлять индикатор в больших количествах не нужно;
• многие растворы индикаторов готовят на спирту, поэтому держите их подальше от огня;
• ничего не пробуйте на вкус и не путайте реактив с лекарством или напитком;
• щёлочь и кислоту, с которыми вы проверяете индикатор, нужно беречь от кожи и глаз; при попадании промойте водой и обратитесь к врачу;
• храните реактивы в закрытой подписанной посуде, вне досягаемости детей.

Часто задаваемые вопросы

Итог

Фенолфталеин помогает увидеть то, что глазами не разглядеть: щелочная ли среда в пробирке. Он бесцветен в кислоте и становится малиновым в щёлочи, а нейтрализация видна по исчезновению цвета. Чтобы разобраться в теме, достаточно двух-трёх опытов и осторожности: очки, малые количества и взрослый рядом.