Indikatoren, in der Chemie Stoffe, die meist im Ergebnis einer Farbreaktion bestimmte Konzentrationen einzelner Ionenarten anzeigen. Die I. werden den zu untersuchenden Lösungen zugesetzt, oder man benutzt mit den jeweiligen I. getränkte Filterpapierstreifen (Indikatorpapiere).

1) pH-Indikatoren (Säure-Base-Indikatoren, Neutralisationsindikatoren) zeigen den pH-Wert einer Lösung an. Sie sind schwache Säuren oder Basen, die einem durch den pH-Wert der wäßrigen Lösung bestimmten Protolysegleichgewicht unterliegen: Indikatorsäure InH + H2O

Indikatorbase In- + H3O+. Das Massenwirkungsgesetz - auf dieses Gleichgewicht angewandt - ergibt nach Umstellung und Logarithmierung pH = pKi + lg (cin-/cInH) Indikatorsäure und Indikatorbase sind von unterschiedlicher Farbe. Ihr Konzentrationsverhältnis wird, wie aus der Gleichung hervorgeht, durch den pH-Wert der Lösung bestimmt. Ist pH > pKi verschiebt sich das Gleichgewicht zugunsten der Indikatorbase, d. h., es ist deren Farbe zu sehen; ist pH < pKi liegt das Gleichgewicht weitgehend auf der Seite der Indikatorsäure, man sieht die Farbe der InH. Entspricht der pH-Wert der Lösung dem negativen Logarithmus der Dissoziationskonstante der Indikatorsäure gemäß pH = pKi, ist das Konzentrationsverhältnis cIn-/cInH exakt 1, es ist eine Mischfarbe zu erkennen, und dies entspricht dem Umschlagspunkt des I. Um die Farbe entweder der Indikatorsäure oder -base klar erkennen zu können, ist ein etwa zehnfacher Überschuß der einen Komponente gegenüber der anderen erforderlich, d. h., das Konzentrationsverhältnis cIn-/cInH muß 10 oder 0,1 betragen, woraus hervorgeht, daß der I. nicht einen scharfen pH-Wert anzeigt, sondern innerhalb eines etwa zwei pH-Einheiten umfassenden Intervalls umschlägt. Der Umschlagsbereich ist durch den pKi-Wert festgelegt (Tab. 1). Somit sind für jede Säure-Base-Titration entsprechend dem am Äquivalenzpunkt zu erwartenden pH-Wert geeignete Indikatorsysteme auszuwählen (Neutralisationsanalyse).

Indikatoren. Tab. 1: Die gebräuchlichsten pH-Indikatoren.

Indikator Umschlagbereich Farbumschlag
Thymolblau 1,2 ... 2,8 rot - gelb
Dimethylgelb 2,9 ... 4,0 rot - gelborange
Bromphenolblau 3,0 ... 4,6 gelb - purpur
Methylorange 3,1 ... 4,4 rot - gelborange
Bromcresolgrün 3,8 ... 5,4 gelb - blau
Methylrot 4,4 ... 6,2 rot - gelborange
Bromcresolpurpur 5,2 ... 6,8 gelb - purpur
Bromthymolblau 6,0 ... 7,6 gelb - blau
Neutralrot 6,8 ... 8,0 blaurot - orangegelb
Cresolrot 7,0 ... 8,8 orange - purpur
Thymolblau 8,0 ... 9,6 gelb - blau
Phenolphthalein 8,2 ... 9,8 farblos - rotviolett
Thymolphthalein 9,3 ... 10,5 farblos - blau
Alizarinrot GG 10,0 ... 12,1 hellgelb - bräunlichgelb
Tropäolin 0 11,0 ... 13,0 gelb - bräunlichgelb
2,4,6-Trinitro-

benzoesäure
12,0 ... 13,4 farblos - orangerot

Zur besseren Erkennung des Umschlages und damit zur Eingrenzung des Umschlagsintervalls werden auch Mischungen verschiedener I. (Mischindikatoren, Tab. 2) eingesetzt.

2) Metallindikatoren (metallochrome I.) sind Stoffe, die den Gehalt einer Lösung an bestimmten Metall-Ionen anzeigen, meist chelatbildende organische Farbstoffe, die mit den Metall-Ionen Komplexe bilden, deren Farbe sich von der der metallfreien I. deutlich unterscheidet. Zur Verwendung in der komplexometrischen Titration ist es erforderlich, daß die Stabilität des Indikatorkomplexes geringer ist als die des EDTA-Komplexes. Versetzt man eine Metallsalzlösung mit dem I., so ist nach der Bildung des Indikatorkomplexes dessen Farbe zu erkennen (Tab. 3). Durch sukzessive Zugabe von EDTA-Maßlösung wird infolge der hohen Stabilität des EDTA-Komplexes die Metall-Ionenkonzentration laufend erniedrigt und damit das Gleichgewicht Indikator + Metallion

Indikatorkomplex zunehmend nach links verschoben, d. h. der Indikatorkomplex allmählich abgebaut. Am Äquivalenzpunkt ist die reine Farbe des freien I. zu erkennen.

Indikatoren. Tab. 2: Mischindikatoren nach Tashiro.

Zusammensetzung Umschlag-

bereich
Farbumschlag
2 Vol.-Teile Methylrot

(0,03 g in 130 ml Ehanol)

3 Vol.-Teile Methylenblau

(0,1 g in 100 ml Ethanol)
5,2 rotviolett - grün

bei pH 5,3 grau
1 Vol.-Teil Cresolrot-Natriumsalz

(0,1 g in 100 ml Wasser)

3 Vol.-Teile Thymolblau-Natriumsalz

(0,1 g in 100 ml Wasser)
8,3 gelb - violett

bei pH 8,3 rosa
2 Vol.-Teile Phenolphthalein

(0,1 g in 100 ml Ethanol 50 %)

1 Vol.-Teil a-Naphtholphthalein

(0,1 g in 100 ml Ethanol 50 %)
9,6 schwachrosa - violett

bei 9,6 grün

Indikatoren. Tab. 3: Wichtige Metallindikatoren.

Indikator Metall-Ionen pH-Bereich Farbumschlag
Eriochromschwarz T Mg2+, Ca2+, Zn2+, Cd2+, Mn2+ 10 rot - blau
Murexid Cu2+, Ni2+, Co2+, Ca2+ 9 ... 11 gelb - violett
Xylenolorange Bi3+, Hg2+, Pb2+, Cd2+, Zn2+, Co2+ 1 ... 6 rot - gelb
Brenzcatechinviolett Bi3+, Th4+ 2 ... 6 gelb - blau
Chromazurol S Al3+, Fe3+, Cu2+, Zr4+ 2 ... 6 blauviolett - orange

Indikatoren. Tab. 4: Wichtige Redoxindikatoren.

Indikator Farbumschlag U0 in Volt bei pH = 7
Neutralrot violettrot - farblos -0,29
Safranin blauviolett - farblos -0,29
Indigidisulfonsäure blau - gelb -0,11
Methylenblau blau - farblos 0,01
Diphenylamin baluviolett - farblos 0,76
Ferroin blau - orangerot 1,06

3) Redoxindikatoren dienen zur Anzeige eines bestimmten Redoxpotentials in einer Lösung. Die in der Redoxtitration angewandten I. sind meist organische Stoffe, die in verschiedenen Oxidationsstufen unterschiedliche Farbe aufweisen. Das Indikatorsystem liegt in der Lösung als korrespondierendes Redoxpaar vor, das durch ein bestimmtes Standardelektrodenpotential charakterisiert ist (Tab. 4). Indem sich während einer Redoxtitration die Konzentrationen der beiden Bestandteile des in Lösung vorliegenden korrespondierenden Redoxpaares ständig ändern, ändert sich auch dessen Elektrodenpotential und in dessen Folge das Gleichgewicht des korrespondierenden Indikator-Redoxpaares. Am Äquivalenzpunkt der Titration ist das Elektrodenpotential des untersuchten Systems so weit angestiegen oder abgesunken, daß das Indikatorgleichgewicht weitgehend auf der Seite der oxidierten oder reduzierten Form des Indikators liegt und dessen Farbe klar hervortritt. Zu beachten ist, daß der Indikatorumschlag von einer Reihe weiterer Faktoren, z. B. dem pH-Wert der Lösung, beeinflußt wird.

4) Adsorptionsindikatoren sind in der Fällungsanalyse benutzte Farbstoffe, die am Äquivalenzpunkt infolge der sich umkehrenden elektrischen Ladung des Niederschlages vom Fällungsgut adsorbiert werden, womit ein Farbeffekt verbunden ist. Beispielsweise wird in der argentometrischen Iodidbestimmung Eosin zur Endpunktserkennung eingesetzt, das frei eine orangerote und in der adsorbierten Form eine rotviolette Farbe aufweist.