Eine spannende Aufgabe, die du vielleicht schon aus der Schule kennst oder noch kennen lernen wirst, ist die Ermittlung des pH-Werts. Dies ist ein Beispiel, bei der man mithilfe von Indikatoren den Zustand von chemischen Lösungen ermittelt. Dabei müssen Indikatoren gar nicht irgendwelche abgefahrenen chemischen Lösungen sein. Wusstest du zum Beispiel, dass Rotkohlsaft ein perfekter pH-Indikator ist?
Wenn nicht, dann lies dir hier einfach alles Wissenswerte über Indikatoren durch!
Das Wort Indikator stammt von dem lateinischen Wort indicare ab und wird mit "anzeigen" übersetzt. Ein Indikator ist demnach ein Hilfsmittel, um Informationen über etwas anderes anzuzeigen. Da Indikatoren hauptsächlich in der Chemie verwendet werden, dienen sie der Feststellung von Zuständen. Ein Indikator kommt als Lösung oder auch als Gerät vor, welches eingesetzt wird, um eine chemische Reaktion zu überwachen.
Eine Zustandsveränderung während einer chemischen Reaktion wird in der Regel durch eine Farbveränderung mithilfe des Indikators angezeigt.
Der häufigste Gebrauch von Indikatoren ist bei Titrationen. Eine Titration ist ein Verfahren, bei der ein bekannter Stoff, der jedoch in seiner Konzentration unbekannt ist, in einer chemischen Reaktion mit einer Maßlösung eingesetzt wird. Maßlösungen sind Lösungen, bei denen das Gehalt einer Substanz genau bestimmt ist. Du willst mehr darüber wissen? Dann auf zum StudySmarter Original Titration!
Indikatorarten
Wie du vielleicht weißt, existiert eine Vielzahl von chemischen Reaktionstypen und physikalischen Zuständen. Glücklicherweise sind die dabei stattfindenden Zustandsänderungen jedoch oft auf ein bestimmtes Spektrum beschränkt. Daher kannst du zwischen vier wichtigen Indikatortypen unterscheiden. Welche das genau sind, lernst du in den folgenden Abschnitten.
pH-Indikator
Von pH-Indikatoren hast du wahrscheinlich schon gehört. Mit ihnen kannst du den pH-Wert einer Lösung bestimmen. Der pH-Wert gibt an, wie sauer oder basisch eine Lösung ist. Diese Art von Indikatoren begegnen dir auch im Alltag. Zum Beispiel werden sie eingesetzt, um den pH-Wert von Gewässern, wie zum Beispiel einem Teich, zu bestimmen. Häufig ist es nämlich so, dass es in Gewässern durch einen ungünstigen pH-Wert zu einer Algenblüte oder einem Fischsterben kommt.
Indikatoren sind selbst schwache Säuren oder Basen. Sie können also selbst Elektronen und Protonen (in Form von H+-Ionen) abgeben oder annehmen.
Nun kommt es darauf an, welche Lösung du mit dem Indikator untersuchst.
Ist die Lösung sauer, befinden sich viele Oxonium-Ionen (H3O+) in der Lösung und der Indikator nimmt die Protonen der Oxonium-Ionen. So stellt sich das Gleichgewicht langsam auf der linken Seite der Gleichung ein.
Wenn anders herum nun eine basische Lösung zum Indikator gegeben wird, gibt der Indikator Protonen ab und das Gleichgewicht der Reaktion stellt sich eher auf der rechten Seite ein. Das kommt daher, dass der Indikator durch die H+-Abgabe zu einer Base wird. Diese Protonen binden dann an ein Wassermolekül und werden zu H3O+.
Den Indikator wählst du danach aus, ob die zugegebene Lösung wahrscheinlich eher sauer oder basisch ist. So kann dann entweder ein Indikator ausgewählt werden, der entweder eine schwache Base (bei saurer Lösung) oder schwache Säure (bei basischer Lösung) ist.
Der pH-Indikator gibt mithilfe einer Farbskala den Zustand an. Eine noch genauere Messung erzielt man mit dem Universalindikator, welcher in der Regel in Form eines Papierstreifens genutzt wird und einen sehr breiten pH-Wert-Bereich abdeckt. Dieser wird mit der zu prüfenden Flüssigkeit benetzt und verändert dann seine Farbe. Dadurch lässt sich feststellen, ob die zu testende Lösung sauer, neutral oder basisch ist. Der genaue pH-Wert lässt sich mit Hilfe einer Farbskala, wie du sie unten siehst, grob abschätzen.
Abbildung 1: Schematische Darstellung des Farbverlaufs beim Universalindikator. Quelle: wikipedia.org
Die Bereiche, in denen sich die Farbe des Indikator ändert, werden als Umschlagbereiche bezeichnet. Indikatoren kannst du nicht nur ganz alltäglich anwenden, sondern du kannst sie auch gelegentlich bei dir zu Hause vorfinden.
Wie zu Beginn erwähnt, dient auch Rotkohlsaft als Indikator. In diesem Saft ist nämlich der Farbstoff Cyanidin enthalten, welcher Lösungen entweder rot, blau, grün oder gelb einfärben kann. Rot bedeutet, dass die Lösung sauer ist, wohingegen gelb das Kennzeichen für eine alkalische Lösung ist.
Ist die Lösung besonders stark alkalisch, kann sich das Gemisch sogar grün färben und in Einzelfällen gelb werden. In manchen Anwendungsgebieten kann das Indikatorergebnis aber auch fehlerhaft sein. Hier hilft es, entweder erneut zu testen oder einen anderen Indikator zu verwenden.
Abbildung 2: Farbverlauf von Cyanidin bei unterschiedlichen pH-Werten. Von sauer (rot) bis basisch (gelb). Quelle: wikipedia.org
Redoxindikatoren
Redoxindikatoren werden für Redoxtitrationen verwendet. Dort werden sie benutzt, um den Gehalt des Oxidations- oder einem Reduktionsmittel zu bestimmen.
Der Farbumschlag eines Redoxindikators ist reversibel. Das heißt, er kann beliebig oft umgekehrt werden. Bei diesen Indikatoren wird zwischen den zweifarbigen und einfarbigen unterschieden. Zweifarbige Indikatoren weisen einen blau-roten Farbumschlag auf, während einfarbige Indikatoren blau-farblos oder rot-farblos sind.
Die Redoxindikatoren werden seltener verwendet als pH-Indikatoren, da diese nur bestimmen können, wann eine Redoxreaktion vollständig abgelaufen ist. Dabei werden die Redoxindikatoren selbst oxidiert oder reduziert und ändern dabei ihre Farbe.
Da du durch Literaturangaben weißt, wann der Indikator welche Farbe hat, kannst du auch sagen, ob deine vorgesehene Reaktion (Oxidation oder Reduktion) abläuft. Die Reaktion ist vollendet, wenn ein Farbumschlag stattfindet.
Die gängigsten Redoxindikatoren heißen Methylenblau, Neutralrot, Ferroin und Resazurin.
Komplexindikatoren
Komplexindikatoren können auch als Metallindikatoren bezeichnet werden, denn sie werden zur analytischen Bestimmung der Konzentration von Metallionen eingesetzt.
Komplexindikatoren bilden Komplexe, hauptsächlich mit Metallionen. In Form eines Komplexes zeigt der Indikator eine andere Farbe, als wenn er nicht komplexiert ist. Da Metallionen besonders zur Komplexbildung neigen, werden Komplexindikatoren zum Nachweis von Metallen eingesetzt.
Eine der typischsten Anwendungen ist dabei die Wasserhärtebestimmung. Die Wasserhärte zeigt auf, wie groß die Stoffmengenkonzentration von Ionen im untersuchten Wasser ist. Diese werden auch als Härtebildner bezeichnet. Zu diesen zählen in der Regel Calciumionen und Magnesiumionen.
Je mehr von diesen Ionen im Wasser enthalten sind, desto härter das Wassers. Hartes Wasser schmeckt nicht nur weniger gut, es führt auch dazu, dass Geräte wie Wasserkocher, Kaffee- und Waschmaschinen schneller verkalken.
Ein Beispiel für einen Komplexindikator ist Xylenolorange. Dieser Indikator wird im sauren Bereich von pH 1 bis 3, teilweise auch bis pH 5 angewendet. Xylenolorange ist nicht-komplexiert gelb und bildet dann mit einigen mehrwertigen Metallionen, wie Mangan, Zink oder Calcium einen schwach rot- bis rotvioletten Metall-Komplex aus.
Abbildung 3: Xylenolorange Quelle: sciencedirect.com
Thermoindikatoren
Thermoindikatoren werden zur Temperaturbestimmung eingesetzt. Sie werden dann eingesetzt, wenn sich die Temperatur nicht einfach mit einem Thermometer messen lässt.
Einer dieser Indikatoren ist Thermokreide. Mit dieser kann einen Gegenstand markieren, dessen Temperatur man überwachen möchte. Das kann beispielsweise ein Schmelztiegel sein. Je nach dem in welche Temperatur der Schmelztiegel hat, verfärbt sich die Thermokreide. Thermoindikatoren gibt es auch als Aufkleber in Form von Flüssigkristallen.
Davon gibt es sowohl reversible als auch irreversible Varianten. Vor allem in Betrieben sind diese Indikatoren äußerst beliebt, da mithilfe dessen das Überschreiten einer bestimmten Temperatur registriert werden kann.
Abbildung 4: Thermoindikator Quelle: abarex.de
Indikator - Das Wichtigste
- Ein Indikator dient der Feststellung von Zuständen chemischer Reaktionen
- Haupteinsatzgebiet: Titrationen
- Messung meist durch farbliche Veränderung
- pH-Indikatoren: meist Papierstreifen, die in zu messende Lösung getaucht werden oder in Form von Lösungen
- Redox-Indikatoren: reversibel – können beliebig oft umgekehrt werden Unterscheidung zwischen einfarbig oder zweifarbig
- Komplex-Indikatoren: Metallindikatoren – messen Metallionen-Gehalt in Wasser
- Thermoindikatoren: Aufkleber oder Thermokreide – dienen der Überwachung von Temperaturen
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