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Grundwissen

Säure-Base-Indikatoren

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Indikatoren sind Säuren oder Basen.
  • Ihre Moleküle absorbieren in der protonierten Form Licht einer anderen Wellenlänge als in der deprotonierten Form.
  • Indikatoren haben einen charakteristischen Umschlagsbereich, in dem die Indikatorlösung die Farbe ändert.
Aufgaben Aufgaben
CC-BY-NC 4.0 / Joachim Herz Stiftung; Jonas Trautner
Abb. 1 Färbung von Lackmus
Dejan Jovic DJ, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Abb. 2 Universalindikator
Lilly_M, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Abb. 3 Indikatorstäbchen

Das Gemüse „Rotkohl“ ist vor allem in Norddeutschland bekannt. In Süddeutschland kennt man es unter dem Namen „Blaukraut“. Der Name kommt auch nicht von irgendwo her, denn es ist ein sehr deutlicher Farbunterschied zu erkennen. Bei der norddeutschen Zubereitung werden Essig oder saure Äpfel verwendet, während die süddeutsche Variante nur mit Wasser oder manchmal sogar mit etwas Natron gekocht wird. Die saure oder basische Lösung sorgt für die Farbänderung, weshalb man sich dieses Phänomen auch in der Chemie zu Nutze machen kann. 

In der Chemie werden Stoffe, mit denen sich bestimmte Eigenschaften anderer Stoffe bestimmen lassen, Indikatoren genannt. Lässt sich mit ihnen feststellen, ob eine Lösung sauer, basisch oder neutral ist, dann sind es Säure-Base-Indikatoren. Ein erstes Beispiel aus dem Labor ist Lackmus (Abb. 1), das aus Flechten gewonnen wird. Dieser Säure-Base-Indikator wechselt seine Farbe zwischen \(\ce{pH = 5}\) und \(\ce{pH = 8}\) von Rot nach Blau. Bei \(\ce{pH = 7}\) färbt er Lösungen entsprechend der Mischfarbe violett.

Lackmus ist jedoch nicht der einzige Säure-Base-Indikator, der im Labor verwendet wird. Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Säure-Base-Indikatoren. Sie zeigen in wässriger Lösung verschiedene Farben in Abhängigkeit vom pH-Wert. Säure- Base-Indikatoren sind Farbstoffe mit schwach saurem oder basischem Charakter. Somit stellen sie korrespondierende Säure-Base-Systeme dar. Die Teilchen der Indikatoren besitzen eine protonierte und eine deprotonierte Form. Liegt die protonierte Form vor (überwiegend im sauren Medium), so absorbieren die Moleküle Licht einer anderen Wellenlänge, als wenn die deprotonierte Form vorliegt (überwiegend im basischen Medium). Du erkennst das an den verschiedenen Farben der Indikatorlösung im sauren und im basischen Bereich. Diese Farberscheinungen werden als Grenzfarben des Indikators bezeichnet. Bei Lackmus sind die Grenzfarben Rot und Blau. 

Zwischen der protonierten und deprotonierten Form herrscht ein dynamisches Gleichgewicht. Es kann davon ausgegangen werden, dass in stark sauren Lösungen nahezu ausschließlich die protonierte und in stark basischen Lösungen nahezu ausschließlich die deprotonierte Form vorliegt. Bei einem bestimmten pH-Wert liegen allerdings beide Formen zu gleichen Anteilen vor. Die Lösung weist dann eine Mischfarbe aus den Grenzfarben auf. Für Lackmus ist das Violett. 

Dieser pH-Wert wird als Umschlagspunkt bezeichnet. Der Punkt ist optisch schwer zu erkennen, da die Mischfarbe über einen größeren pH-Bereich um den Umschlagspunkt erhalten bleibt, denn es liegen auch dort weiterhin beide Formen — wenn auch zu ungleichen Anteilen — vor. Der visuell erkennbare Farbumschlag des Indikators wird als Umschlagsbereich bezeichnet. Da die Indikatoren schwache Säuren oder Basen sind, liegt der Umschlagsbereich nicht unbedingt in der Nähe des pH-Wertes 7. Bei Lackmus ist das jedoch der Fall. 

Beim Universalindikator (Abb. 2) gibt es eine Besonderheit. Er ist ein Gemisch aus verschiedenen Indikatoren mit unterschiedlichen Umschlagsbereichen. So kommen die Farbnuancen bei verschiedenen pH-Werten als Mischfarbe der jeweiligen Farben aller Indikatoren zustande.

Im Labor finden auch Indikatorstäbchen, wie in Abbildung 3, Verwendung. Auf den Kunststoffstreifen sind Papierplättchen aufgesetzt, die mit unterschiedlichen Indikatoren getränkt sind. Hier zeigt eine Kombination von verschiedenen Farben relativ genau den pH-Wert der getesteten Lösung an. Solche Teststreifen werden auch in der Aquaristik oder zur Bestimmung der Wassergüte in Schwimmbädern genutzt.

Aufgaben

Säure-Base-Indikatoren

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