フェノールフタレインの変色について

質問

中和滴定の実験で塩酸を水酸化ナトリウムで滴定するのに指示薬としてフェノールフタレインを使ったのですが、いくら滴定して赤色に変色させても撹拌し続けると無色に戻ってしまうんです。先生に質問したところそれは何故か考えてみろと言われ、空気中の二酸化炭素が溶け込むんじゃないかと思いましたが、それは中学生の回答だと言われました。先生が言うにはNaOH溶液にフェノールフタレインを加えても撹拌し続ければいつかは無色に戻るといわれました。
　何故なのでしょうか？誰か教えてください。

回答No.4

38endoh · ベストアンサー

フェノールフタレイン分子（H2A）の色は「無色」，電離して A2- になると「赤色」になります。

NaOH 水溶液が滴下された場所の近傍では，急激に OH- の濃度が増加します。フェノールフタレインは以下の反応のように電離しますので，水溶液は赤色に変化します。
　H2A ＋ 2 OH- → A2- ＋ 2 H2O
　H+ ＋ OH- → H2O

しかし，攪拌をして濃度が均一になってくると，フェノールフタレイン近傍の H+ の濃度が徐々に回復してきます。フェノールフタレインは分子状態に戻るため，再び無色になります。
　A2- ＋ 2 H+ → H2A

前者の反応は濃度勾配が大きいため速く，後者の反応は遅くなります。これが，撹拌し続けると無色に戻ってしまう理由です。特に，終点付近では後者の反応は非常に遅くなります。滴定の終点は「無色に戻らなくなった時」です。

> 先生が言うにはNaOH溶液にフェノールフタレインを加えても撹拌し続ければいつかは無色に戻る

これは「塩酸なしでも無色になる」という意味ですか？　ならば「二酸化炭素の吸収」以外に答えはないでしょう。しかし実際のところ，フェノールフタレインの変色域を考えれば，二酸化炭素だけで本当に無色になるか怪しいところです。

「フェノールフタレインと炭酸の双方の pKa を考慮した上で仰っているのですか？」と先生に聞き返してみては如何でしょう。

お礼

非常に参考になりました。ありがとうございました。

回答No.3

chechem

すでに回答されていますが、補足的な感じで…。
攪拌を続けると色が無色の戻るのは、原因は２つ。
(1)滴定中、終点近くではコニカルの内壁に付いた塩酸が完全にＮａＯＨで中和されていなく、攪拌を続けて内壁の塩酸と滴下液のＮａＯＨと反応したため色が消えたと考えられます。
(2)もうひとつは、実験は実験室で行ったですよね？
実験室には揮発性の試薬などが多く存在しています。特に、酸化物系のものが多いようです。ですので、二酸化炭素だけではなくＮＯｘやＳＯｘなども考慮に入れたほうがいいのでは？！と、先生はおっしゃりたかったのではないでしょうか。
また滴定にも、ＪＩＳ(日本工業規格)で規定があります。すいませんが、中和滴定の規定は忘れてしまいました。酸化還元滴定の場合、過マンガン酸の場合では５秒間攪拌を続けて過マンガン酸の紫色が消えなければＯＫ。というようなものです。
ですので、先生は(2)の事を主に言いたかったのではないでしょうか

お礼

なるほど、そうなのかもしれません。先生に聞いてみます。ありがとうございました。

回答No.2

yuu999

あなたの考えでいいようなことがここには出てます。参考に。

http://www.water.sannet.ne.jp/masasuma/masa/q03-1.htm#S010
q03-002 です。

お礼

このホームページは参考になりました。ありがとうございました。

回答No.1

mhi98o

文章から察するに高校生ですよね？

高校生ではまだ反応がどうとかは習わないはずですので、先生がおっしゃりたいのは回答が中学生なのではなくて回答の仕方が中学生だといいたいのだと思います。実際、先生も攪拌し続ければとおっしゃっており、気体の溶解を認めていますから。フェノールフタレインの発色の原理や構造を考えても、短時間で変色する理由が二酸化炭素以外に見つかりません。

私が高校生程度の知識+αしか持っていないとしたら以下のように説明します。

（アルカリ性の溶液には、水溶液が酸性を示すような気体が溶解し易い。）二酸化炭素は水に溶解したとき酸性を示す炭酸となるので、炭酸の酸と水溶液中の塩基が反応して中和反応が起きるためpHが下がる。(中和に酸が消費されるためさらに二酸化炭素が溶解することが出来る＝水溶液が酸性を示す気体がアルカリ性に溶けやすい理由)また拡販をすることで空気と接する面積が増加することに加え、空気と接している溶液が絶えず入れ替わることになる。そうするといっそう空気中の二酸化炭素の溶解が促進されるので溶液のpHはさらに下がる。フェノールフタレインの変色域であるpH8.0以下まで下がると溶液は無色に戻る。なお二酸化炭素は降水のpHである5.6程度まで溶け込むことが出来る(理由は勉強してください(笑)。

って感じですかね。ちょっと詳しくなりすぎましたかな。専門家の方に言わせればもっと詳しくなるのでしょうけど。

お礼

ありがとうございました。この分野に興味が出てきたので、自分でもいろいろと勉強してみます。