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Indikatoren

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André Otto
Indikatoren
lernst du in der 10. Klasse - 11. Klasse

Beschreibung Indikatoren

Indikatoren – Chemie

Im Sommer leuchten am Feldrand oft schöne blaue Kornblumen und das ganze Jahr über kann man in Blumenhandlungen rote Rosen kaufen. Die Blumen erhalten ihre schönen Farben von Farbstoffen. Das ist nicht wirklich erstaunlich. Erstaunlich ist aber die Tatsache, dass der Farbstoff in der Kornblume und in der Rose ein und derselbe ist. Wie kann man das erklären? In der Kornblume herrscht basisches Medium, die Rose hingegen ist sauer. Der Farbstoff in den Blumen zeigt den Charakter des entsprechenden Mediums an. Stoffe, die den Charakter einer chemischen Umgebung farblich anzeigen können, nennt man in der Chemie Indikatoren.

Indikator – Definition

Ein Indikator ist ein Farbstoff, der seine chemische Umgebung farblich anzeigt. Das Wort Indikator entstammt dem lateinischen indicare, das mit anzeigen übersetzt wird.
Bedenke, das Indikatoren zwar Farbstoffe sind aber nicht jeder Farbstoff ein Indikator.
Es gibt viele Arten von Indikatoren. Die Funktionsweise der Indikatoren wird am Beispiel der Gruppe der Säure-Base-Indikatoren erklärt.

Säure-Base-Indikatoren

Eine chemische Umgebung, die sauer oder basisch ist, hat einen bestimmten pH-Wert. Indikatoren, die einen pH-Wert oder einen pH-Bereich farblich anzeigen, sind die pH-Indikatoren oder Säure-Base-Indikatoren.
Viele dieser Indikatoren zeigen in saurer Umgebung, also im Bereich $pH<7$, eine rote Färbung und in basischer Umgebung, also $pH>7$, eine blaue Färbung. Im neutralen Bereich um $pH=7$ zeigen sie meistens eine grüne bis gelbe Farbe. Säure-Base-Indikatoren kommen insbesondere bei der Säure-Base-Titration zum Einsatz. Diese Indikatoren sind häufig selbst schwache Säuren. Allgemein werden sie als $HInd$ geschrieben. Sie dissoziieren in wässriger Lösung in negativ geladene Indikator-Anionen $Ind^-$ und positiv geladene Wasserstoffionen $H^+$ nach dem Schema:

$\color{red}HInd$ $\rightleftharpoons H^+ + \color{blue}Ind^-$

Ein Säure-Base-Indikator funktioniert aber nur dann, wenn seine schwache Säure $\color{red}HInd$ und sein Indikator-Anion $\color{blue}Ind^-$ unterschiedliche Farben haben.

Ursache der Indikatorfarbe
Um zu verstehen, warum ein Indikator eine eher blaue oder eher rote Färbung zeigt, greifen wir auf die Lichttheorie zurück. Das sichtbare Lichtspektrum besteht aus unterschiedlich farbigen Lichtwellen, die hinsichtlich ihrer Energie zwischen dem infraroten Bereich (niedrigere Energie) und dem ultravioletten Bereich (höhere Energie) liegen. Trifft Licht auf einen Stoff, wird ein Teil des Lichtspektrums absorbiert, ein anderer Teil wird reflektiert. Bei farbigen Stoffen sehen wir dann entweder blau oder rot oder die verschiedenen Farben dazwischen.
Wann sehen wir nun blau und wann sehen wir rot? Die beiden Formen, in denen der Indikator vorliegen kann, sind $\color{red}HInd$ und $\color{blue}Ind^-$. Das System beweglicher Elektronen (die sogenannten $\pi$-Elektronen) ist bei der Form $\color{red}HInd$ kleiner als in der Form $\color{blue}Ind^-$. Wenn das zusammenhängende System beweglicher Elektronen im Indikatormolekül klein ist, absorbiert es eher im blauen Bereich des Lichtspektrums und wir sehen eine reflektierte rote Färbung. Ist das zusammenhängende System beweglicher Elektronen groß, so absorbiert es im roten Bereich, und wir sehen den Stoff mit blauer Farbe.
Im sauren Bereich liegt der Indikator als nicht dissoziierte, schwache Säure $\color{red}HInd$ vor und zeigt eine rote Färbung. Im basischen Bereich liegt der Indikator dissoziiert als Anion $\color{blue}Ind^-$ vor und zeigt eine blaue Färbung. Dazwischen, wenn im neutralen Bereich beide Formen vorliegen, erscheint die Farbe eher grün.

Säure-Base-Indikatoren – Beispiele
Die nachfolgende Übersichtstabelle zeigt die in der Chemie häufig verwendeten pH-Indikatoren.

pH-Indikator bzw. Säure-Base-Indikator Farbe im sauren Bereich Farbe im basischen Bereich
$Lackmus$ $\colorbox{red}{rot}$ $\colorbox{blue}{blau}$
$Methylorange$ $\colorbox{red}{rot}$ $\colorbox{yellow}{gelb}$
$Methylrot$ $\colorbox{red}{rot}$ $\colorbox{yellow}{gelb}$
$Phenolphtalein$ $farblos$ $\colorbox{pink}{pink}$
$Thymolphtalein$ $farblos$ $\colorbox{blue}{blau}$
$Unitest ~(Indikatorgemisch)$ $\colorbox{red}{rot}$ $\colorbox{blue}{blau}$

Wir sehen, dass viele Indikatoren im sauren Medium rot sind und im basischen Medium blau.
Noch ein Hinweis für die Sterneköche unter euch: In Gebieten mit sauren Böden heißt ein bekanntes Gemüse Rotkohl oder Rotkraut. In Gebieten mit basischen Böden wird der Rotkohl dagegen Blaukraut genannt. Tatsächlich eignet sich Rotkohl als Säure-Base-Indikator!

Rotkohlindikator

Weitere Arten und Verwendungen von Indikatoren

  • Redox-Indikatoren zeigen bei Redox-Titrationen unterschiedliche Farben an.
  • Komplexometrische Indikatoren kommen in der Komplexometrie u. a. bei der Bestimmung der Wasserhärte zum Einsatz.
  • Kontrastindikatoren können einen Umschlagpunkt bei einer Titration farblich kontrastierter anzeigen.
  • Feuchtigkeitsindikatoren zeigen einen Farbwechsel ab einer bestimmten Luftfeuchtigkeit an.

Hinweise zum Video

Das Video beantwortet die Frage Was sind Indikatoren? und zeigt, welche Indikatoren es gibt. Am Beispiel von Säure-Base-Indikatoren wird die Funktionsweise von Indikatoren beschrieben. Zum besseren Verständnis solltest du bereits Kenntnisse in der Chemie der Säuren und Basen haben und die pH-Skala kennen.

Übungen und Arbeitsblätter
Du findest hier auch Übungen und Arbeitsblätter. Beginne mit den Übungen, um gleich dein neues Wissen über Indikatoren zu testen.

Ausblick
Das Wissen über die Funktionsweise der Indikatoren hilft bei der praktischen Durchführung von Titrationen.

Transkript Indikatoren

Guten Tag und herzlich willkommen. Dieses Video heißt Indikatoren. Wer von euch hat schon mal eine Kornblume gesehen? Eine rote Rose hat mit Sicherheit schon jeder von euch gesehen. Die schönen Farben erhalten die Blumen durch Farbstoffe, das allein ist durchaus nicht erstaunlich. Erstaunlich jedoch ist die Tatsache, dass der Farbstoff in der Kornblume und in der Rose ein und derselbe ist. Wie kann man das erklären? In der Kornblume herrscht basisches Medium, die Rose hingegen ist sauer. Der Farbstoff in den Blumen zeigt den Charakter des entsprechenden Mediums an. Indicare - anzeigen. Es handelt sich bei diesem Farbstoff um einen Indikator. Das bedeutet also, dass Indikatoren den ph-Wert in einer Lösung anzeigen können. Es gibt aber auch noch andere Indikatoren, zum Beispiel für Metallionen, diese wollen wir in diesem Video nicht besprechen. Indikatoren zeigen somit eine Farbänderung bei Änderung des Milieus. Eine saure Umgebung wird mit sehr häufig mit rot angezeigt und eine basische Umgebung entsprechend mit blau. Dazwischen befindet sich neutral, meistens grünlich oder gelb. Die Indikatoren zeigen somit den ph-Wert an. Kleiner als 7 - rot, neutral grünlich gelb, größer als 7 - blau.  Indikatoren sind, wie wir gelernt haben, Farbstoffe. Aber Vorsicht, nicht jeder Farbstoff ist ein Indikator, Indikatoren sind häufig schwache Säuren. Schwache Säuren dissoziieren im Wasser. HInd dissoziiert in wässeriger Lösung in ein positiv geladenes Wasserstoffion und in ein negativ geladenes Ind-Ion. HInd ist der Indikator. Ind- ist das Indikator-Anion. Der Indikator funktioniert nur dann, wenn die Indikatormoleküle HInd und die Indikatorionen Ind- unterschiedliche Farben haben. Und nun ein bisschen Farbtheorie. Das sichtbare Licht ist ein Gemisch aus verschiedenen Sorten von Licht. Wir sehen Lichtwellen, die sich von der Energie her zwischen dem infraroten Bereich (oben) und dem ultravioletten Bereich (unten) bewegen. Licht trifft auf einen Stoff, ein Teil des Lichtes wird absorbiert. Der andere Teil des Lichts wird reflektiert. Bei farbigen Stoffen sehen wir dann entweder blau oder rot oder die verschiedenen Farben dazwischen. Wann sehen wir nun blau und wann sehen wir rot? Wenn das zusammenhängende System beweglicher Elektronen in den Molekülen des Stoffs klein ist, sehen wir rot. Ist das zusammenhängende System beweglicher Elektronen in den Molekülen des Stoffs groß, so sehen wir den Stoff mit blauer Farbe. Und dazwischen befindet sich irgendwo die grüne Farbe. Es gibt nun Indikatoren, die in der Chemie häufig benutzt werden. Einige davon möchte ich vorstellen. Für uns ist wichtig, dass sie im sauren oder aber im basischen Medium eine schöne Farbe anzeigen. Methylorange ist im sauren Medium rot, im basischen Medium ist Methyorange gelb. Methylrot im sauren Medium rot, im basischen Medium gelb. Lackmus im sauren Medium rot, im basischen Medium blau. Phenolphthalein im sauren Medium farblos, im basischen Medium pink. Thymolphtalein im sauren Medium farblos, im basischen Medium blau. Und schließlich Unitest, hier als Papier dargestellt. Im sauren Medium rot, im basischen Medium blau. Wenn wir verallgemeinern, so stellen wir fest, dass viele Indikatoren im sauren Medium rot sind und im basischen Medium blau. Das gilt übrigens auch für Rotkohl, Blaukraut.  Danke für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen

3 Kommentare

3 Kommentare
  1. gutes Video.. sehr verständlich erklärt!

    Von Julia H., vor fast 5 Jahren
  2. Die Informationen diesbezüglich habe ich aus dem Internet und der Schulliteratur.
    Das Experiment habe ich selber nicht gemacht.
    Vielen Dank für den Hinweis.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor etwa 7 Jahren
  3. In der Kornblume und der Rose herrscht das gleiche Milleu. Es liegt nicht am pH-Wert in den Pflanzen, sondern an den Metallionen innerhalb der Blumen, welche das Farbmolekül farblich beeinflussen.

    Von Robert 9, vor etwa 7 Jahren

Indikatoren Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Indikatoren kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Funktion von Farbindikatoren.

    Tipps

    Denke daran, dass mit Wasser gekochtes Blaukraut nach Zugabe von Essig oder Zitrone sich rot färbt. Es heißt dann auch Rotkraut.

    Lösung

    Die häufigste Verwendung von Farbindikatoren ist der Nachweis für den sauren oder basischen Charakter einer wässrigen Lösung. Die Farbveränderung ist das Indiz dafür. Bei Titrationen von Säuren mit Basen wird dieser Farbwechsel genau am Umschlagpunkt von sauer nach basisch sichtbar. Richtig ist also, dass Farbindikatoren den sauren bzw. den basischen Charakter einer wässrigen Lösung anzeigen.

  • Beschreibe die Reaktion der Farbänderung von Farbindikatoren.

    Tipps

    Die Kornblume ist blau und die Rose ist rot, obwohl beide den gleichen Farbstoff haben.

    Wie reagieren die Indikatoren in Wasser?

    Lösung

    Farbindikatoren besitzen Moleküle, die in Abhängigkeit vom pH-Wert ihre Farbe ändern. Das beruht auf dem Verhalten der Farbstoffmoleküle in unterschiedlichen Milieus. Farbindikatoren sind schwache Säuren. Sie dissoziieren in wässriger Lösung in ein Indikator-Anion des Farbstoffes und in ein Proton (bzw. Oxonium-Ion). Das Indikator-Anion hat eine andere Farbe als der undissoziierte, protonierte Farbstoff.

  • Nenne Stoffe, die Blaukraut rot färben.

    Tipps

    Farbumschläge basieren auf Veränderungen des Moleküls.

    Welche Verbindungen erzeugen ein saures Milieu?

    Lösung

    Bei der Dissoziation von Farbindikatoren entsteht ein negatives Anion, welches eine andere Farbe als der Indikatorfarbstoff hat. Im sauren Milieu liegt der Indikator protoniert (als Säure) vor und im basischen Milieu als Indikator-Anion. Beim Rotkohl haben diese beiden Formen eine unterschiedliche Farbe. Daher lässt sich der pH-Wert einer Lösung an der Farbe erkennen. Blaukraut ist zum Beispiel im sauren Milieu rot. So ein Milieu erzeugen natürlich Säuren, wie HCl, aber auch Früchte, die Säuren enthalten, wie die Zitrone.

  • Erkläre den Zusammenhang von Farben und Licht.

    Tipps

    Adsorbieren bedeutet „in sich aufnehmen“.

    Reflektieren bedeutet „zurückgeben“.

    Überlege, wie es sich anfühlt, wenn du im Sommer einen schwarzen Pullover trägst und die Sonne auf ihn scheint.

    Lösung

    Das Licht besteht aus verschiedenen Wellenlängen. Einige davon kann das menschliche Augen wahrnehmen. Diesen Bereich bezeichnet man als den sichtbaren Bereich. Es handelt sich um einen Bereich zwischen blauem kurzwelligem und langwelligem roten Licht. Farben nehmen wir wahr, je nachdem welche Wellenlängen dieses Bereichs absorbiert oder reflektiert werden. Wird eine bestimmte Wellenlänge absorbiert, erscheint der Stoff in der Komplementärfarbe, da das reflektierte Licht diese Farbe nicht mehr enthält. Für dieses Reflektieren und Absorbieren sind die Moleküle der Farbstoffe verantwortlich. Wenn ein Farbstoff seine Farbe in einem sauren Milieu ändert, dann hat sich auch sein Molekül verändert. Das heißt, das Reflexions- bzw. Absorptionsverhalten hat sich geändert. Das sieht man an der Farbänderung.

  • Beschreibe die Farbreaktionen von Indikatoren in verschiedenen Milieus.

    Tipps

    Erinnere dich, dass Blaukraut durch Zugabe von Essig rot wurde.

    Denke daran, welche Farbumschläge die häufigsten bei Indikatoren sind.

    Lösung

    Der Farbumschlag von Indikatoren ist pH-Wert abhängig. Die meisten Indikatoren zeigen im sauren Bereich eine Rotfärbung und im basischen eine Blaufärbung. Im Neutralbereich sind sie meist gelb oder gelbgrün. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Indikatormoleküle im sauren, im basischen und im neutralen Milieu durch die Bildung von Ionen unter Abgabe oder Aufnahme von Protonen ihre Farbe ändern. Das liegt daran, dass sich ihr Absorptions- bzw. Reflexionsverhalten in Bezug auf die Wellenlängen des sichtbaren Lichts ändert.

  • Bestimme die Farbe der folgenden Indikatoren im angegebenen Milieu.

    Tipps

    Phenolphthalein wird mit Fensterreiniger pink.

    Lösung

    Um ablesen zu können, ob Lösungen sauer oder basisch sind, werden Indikatoren verwendet. Diese helfen dir aber nur, wenn du auch den Farbbereich kennst. Oftmals sind Indikatoren im sauren Bereich rot und im basischen Bereich blau. Das ist aber nicht immer so und du kannst dich darauf nicht verlassen. Sieh daher vorher immer nach, welche Farbe dein gewählter Indikator besitzt.

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