Indikatoren pH-Wert einfach erklärt – Farben und Umschlag

Indikatoren pH-Wert sind Farbstoffe, deren Molekülform sich je nach Konzentration der Wasserstoff-Ionen in einer Lösung verändert, wodurch sich auch ihre Farbe ändert. Diese Eigenschaft macht man sich zunutze, um den pH-Wert einer Lösung sichtbar zu machen, ohne ein Messgerät zu benötigen. Ein Indikator zeigt dabei nicht den genauen Zahlenwert an, sondern eine Farbe, aus der man auf einen bestimmten pH-Bereich schließen kann.

Die bekanntesten Indikatoren sind Lackmus, das von rot über violett nach blau umschlägt, Phenolphthalein, das von farblos nach pink umschlägt, und der Universalindikator, eine Mischung mehrerer Farbstoffe, die über den gesamten pH-Bereich von 1 bis 14 fein abgestufte Farben von rot über grün bis violett zeigt.

Ein typischer Fehler ist, den Universalindikator und einzelne Indikatoren wie Phenolphthalein gleichzusetzen. Der Universalindikator liefert eine grobe Einschätzung über den gesamten pH-Bereich, während einzelne Indikatoren wie Phenolphthalein nur in einem engen Bereich umschlagen, dafür aber sehr genau den Übergang zwischen zwei Zuständen anzeigen, etwa bei einer Titration.

Indikatoren sind meist schwache organische Säuren oder Basen, deren protonierte und deprotonierte Form unterschiedliche Farben besitzen. In saurer Lösung liegt der Indikator überwiegend in seiner protonierten Form vor, in basischer Lösung überwiegend in seiner deprotonierten Form, dazwischen liegt ein Übergangsbereich, in dem beide Formen gleichzeitig vorhanden sind und sich die Farben mischen.

Jeder Indikator besitzt einen eigenen Umschlagbereich, also einen bestimmten pH-Bereich, in dem der Farbwechsel stattfindet. Außerhalb dieses Bereichs zeigt der Indikator konstant seine eine oder andere Farbe, deshalb muss man für unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Indikatoren wählen, je nachdem, in welchem pH-Bereich man den Umschlag beobachten möchte.

Verschiedene Indikatoren schlagen bei unterschiedlichen pH-Werten um, weshalb man für eine Titration den passenden Indikator gezielt auswählen muss. Lackmus schlägt breit zwischen pH 4,5 und pH 8,3 um und eignet sich deshalb gut für eine grobe Einschätzung, ob eine Lösung eher sauer oder eher basisch ist.

Phenolphthalein bleibt bis pH 8,2 farblos und wird erst darüber pink, es eignet sich deshalb besonders gut, um den Endpunkt einer Titration einer Säure mit einer Lauge sichtbar zu machen, weil der Farbumschlag sehr deutlich und plötzlich erfolgt. Methylorange dagegen schlägt schon im stark sauren Bereich zwischen pH 3,1 und pH 4,4 um und wird bei Titrationen mit starken Säuren eingesetzt.

Bromthymolblau schlägt zwischen pH 6 und pH 7,6 um, also fast genau im neutralen Bereich, und wird deshalb oft verwendet, um zu prüfen, ob eine Lösung annähernd neutral ist, etwa bei der Kontrolle von Aquarienwasser oder Schwimmbadwasser.

Ein häufiger Fehler ist, einen Indikator mit engem Umschlagbereich für die grobe Einschätzung einer beliebigen Lösung zu verwenden. Phenolphthalein zeigt zum Beispiel zwischen pH 1 und pH 8 durchgehend keine Farbe, obwohl sich der pH-Wert in diesem Bereich stark verändert, deshalb ist es für eine grobe Einschätzung ungeeignet und nur im schmalen Übergangsbereich um pH 8 bis 10 aussagekräftig.

Ein zweiter Fehler ist, die abgelesene Farbe zu früh oder zu spät zu bewerten. Der Farbumschlag braucht oft einen Moment, um sich vollständig einzustellen, und beim Titrieren muss man den Tropfen, der den endgültigen Farbumschlag auslöst, genau erfassen, sonst überschätzt man die verbrauchte Menge der zugegebenen Lösung.

Ein dritter Fehler ist zu glauben, ein Indikator würde den pH-Wert exakt messen. Tatsächlich liefert ein Indikator nur eine Farbe, die einem ganzen Bereich von pH-Werten entsprechen kann, für eine genaue Zahl braucht man ein kalibriertes pH-Meter.

Beim Arbeiten mit Indikatorlösungen im Chemieraum solltest du immer eine Schutzbrille tragen, da viele Indikatoren in alkoholischer Lösung angesetzt sind und Spritzer die Augen reizen können. Indikatorlösungen sollten sparsam dosiert werden, meist reichen wenige Tropfen, um eine deutliche Farbänderung zu erzielen, ein Übermaß verfälscht zudem die Beobachtung.

Da Indikatoren oft zusammen mit Säuren oder Laugen eingesetzt werden, gilt zusätzlich: Immer Säure zu Wasser geben und nicht umgekehrt, um ein gefährliches Spritzen durch die dabei freiwerdende Reaktionswärme zu vermeiden. Nach dem Versuch sollten Indikatorreste nicht in den Ausguss geschüttet werden, sondern in die dafür vorgesehenen Sammelbehälter im Chemieraum.