酸塩基指示薬

弱酸 HA が解離平衡 HA ⇌ H⁺ + A^- にあり、酸 HA と共役塩基 A^- の示す色が大きく異なるなら、 pH を変化させることで色の変化を引き起こすことができます。 また逆に色の変化から pH の変化を知ることができます。 pH と解離定数 K_a = [H⁺][A^-]/[HA] を用い、次の関係が成り立ちます。

log [A^-]/[HA] = pH - pK_a

pH が pK_a 近傍の値で、 酸濃度 [HA] と共役塩基濃度 [A^-] の大小関係の急激な逆転が起きることになります。 酸塩基指示薬は、この逆転にともなう変色が明瞭なものといえます。 多数の酸塩基指示薬が知られていますが、表 1 には主だった酸塩基指示薬をまとめました （JIS と CRC Handbook of Physics and Chemistry 2012 によります）。 なお、表には単独物質を用いた指示薬をまとめていますが、 ２種以上の酸塩基指示薬を配合した指示薬も用いられます （学生実験でもブロモクレゾールグリーン-メチルレッド混合指示薬を使用します）。

指示薬溶液の調製法には、指示薬の溶解度、変色の明瞭さ等を加味し、種々の流儀があります。 ここにはもっぱら JIS K8001「試薬試験方法通則」に準じた方法を示してあります。 ここでいう試薬の 0.1 % や 1 % は質量体積百分率 w/v% であり、エタノール(50%)などは体積百分率 v/v% です （「溶液の濃度の表現」参照）。 また JIS ではエタノールとして 95 v/v%のもの（共沸組成）を使用することになっています。 なおここに挙げた以外にも、たとえば小学校でも習うフェノールフタレイン指示薬の場合、0.5 %エタノール(50 %)溶液にする派、 0.1 % エタノール溶液にして多量に滴下する派等があり、 BTB については「0.1 g を 16 mL の 0.01 mol/L 水酸化ナトリウム溶液に溶かし、水で 250 mL に希釈する」という処方もあります。