Indicadores Ácido-Base

Definición de un indicador ácido-base

En primer lugar, debemos definir qué es un indicador ácido-base.

Los indicadores son ácidos o bases débiles. Un indicador (HIn) se disocia parcialmente en agua para formar iones ^H+ y su forma conjugada In-^.

$$HIn_{(aq)}\rightleftharpoons H^{+}_{(aq)}+In^{-}_{(aq)}$$

Donde

• HIn es el indicador unido, que posee un color.
• ^In- es la base conjugada de HIn que tiene un color diferente en comparación con HIn

Lo interesante de los indicadores es que el color de la HIn ₍ aq) (es decir, la forma de pH más bajo) y la base conjugada ^In-(_aq) (es decir, la forma de pH más alto) son diferentes.

Básicamente, el color del indicador depende de las concentraciones relativas de HIn e ^In-. Una solución tendrá el color de la forma de pH más bajo, HIn, si la mayoría de las moléculas indicadoras existen en la forma HIn. Del mismo modo, una solución tendrá el color de ^In- si la mayoría de las moléculas indicadoras existen en la forma ^In-.

• Si la solución contiene cantidades aproximadamente iguales de la forma de ácido débil y de la forma de base conjugada, ¡el color será una mezcla de las dos!

Los indicadores tienen diferentes usos: se pueden utilizar para señalar el punto final de una valoración ácido-base, ¡y también estiman el pH de una solución! Los indicadores ácido-base ayudan a los químicos a saber cuándo se ha alcanzado el punto final de la valoración. Idealmente, el indicador debería cambiar de color en el punto de equivalencia. Sin embargo, los cambios de pH son rápidos cerca del punto de equivalencia, y una gota extra de valorante puede cambiar el pH en varias unidades.

Veamos un ejemplo de valoración ácido débil/base fuerte.

En una valoración de ácido débil/base fuerte, sabemos que el punto de equivalencia será algo superior a pH 7. Por tanto, para poder detectar cuándo se ha alcanzado el punto de equivalencia, podemos utilizar un indicador que cambie de color en torno a ese intervalo de pH. La fenolftaleína es un indicador que se suele utilizar en valoraciones de ácidos débiles y bases fuertes, porque cambia de color en torno a un pH de 8,2.

• Cuando se añade por primera vez a una solución de ácido débil, la fenolftaleína es incolora.
• Después se añade NaOH y, cuando el pH de la solución se sitúa en torno a 8,2, ¡la fenolftaleína cambia el color de la solución de incolora a rosa claro!
• Si se añade más NaOH, la solución se vuelve de un color rosa/morado más oscuro.

Pensemos en otro indicador.El rojo de metilo es un indicador que cambia de color entre pH 4,2 y 6,3. El rojo de metilo es un gran indicador cuando se trata de la valoración de una base débil con un ácido fuerte, porque el pH de una valoración de base débil/ácido fuerte en el punto de equivalencia es ligeramente inferior a 7, ¡así que el punto de equivalencia cae dentro del intervalo de pH!

Para hallar el pH aproximado de una solución, podemos utilizar un indicador universal, compuesto por una mezcla de varios indicadores. Por ejemplo, si quisiéramos determinar el pH de la lejía, podríamos añadir un par de gotas de indicador universal a una muestra de lejía y observar el cambio de color. Luego, podríamos comparar el cambio de color con una escala de pH para hallar el pH aproximado.

• La lejía tiene un pH básico/alcalino de alrededor de 12. Por lo tanto, ¡deberías esperar que la lejía se vuelva de color púrpura con la adición de un indicador universal!

Fig. 2: Escala de pH - StudySmarter Originals.

Teorías sobre los indicadores ácido-base

Ahora que sabemos qué son los indicadores ácido-base, ¡vamos a ver algunas teorías sobre ellos! Hay dos teorías con las que deberías estar familiarizado: La teoría de Ostwald y la teoría de los quinonoides.

La teoría de Ostwald se propuso en 1891, y se basa en la teoría de ácidos y bases de Arrhenius.

Según la teoría de Ostwald, un indicador ácido-base puede ser un ácido orgánico débil o una base orgánica débil. El cambio de color de un indicador se produce debido a la ionización parcial del indicador y a los diferentes colores que tienen la forma unida y la forma de base conjugada (ionizada).

• Por ejemplo, la Fenolftaleína (HPh) se disocia parcialmente para formar iones ^H+ y ^Ph-. La HPh es incolora, mientras que la ^Ph- es rosa.

La segunda teoría, la teoría de los quinonoides, se basa en la idea de que los indicadores ácido-base existen en dos formas tautoméricas (bencenoide y quinonoide), y estas dos formas tienen colores diferentes. Un tautómero existe en un medio ácido, mientras que el otro existe en un medio básico. Por tanto, el cambio de color se produce debido a la conversión de un tautómero a otro al cambiar el pH de la solución.

• La fenolftaleína tiene una forma bencenoide en solución ácida y una forma quinonoide en solución básica.

Fig. 3: Cambios en la estructura de la fenolftaleína - StudySmarter Originals.

Limitaciones de los indicadores ácido-base

Como hemos aprendido antes, los indicadores tienen colores diferentes según su forma (HIn o ^In-). La limitación de los indicadores ácido-base es su intervalo de pH. Los indicadores sólo cambian de color en un intervalo de pH concreto, por lo que debes conocer sus intervalos de pH para poder elegir el indicador adecuado para una valoración ácido-base.

• Para las valoraciones ácido fuerte/base fuerte, los indicadores ácido-base que se suelen utilizar son los que cambian de color a pH 7.
• Para valoraciones de ácido débil/base fuerte, los indicadores ácido-base que se suelen utilizar son los que cambian de color a pH > 7.
• Para las valoraciones de base débil/ácido fuerte, los indicadores ácido-base utilizados habitualmente son los que cambian de color a pH < 7.

Tabla de indicadores ácido-base

Veamos los intervalos de pH de algunos indicadores y el pH del punto final. Recuerda que el color a pH bajo es el color del ácido o base débil, mientras que el color a pH alto es el color de su forma conjugada.

• El punto final es el pH en el que el indicador cambia a un color entre los dos colores.

Por ejemplo, el azul de bromotimol tiene un color amarillo a pH bajo (HIn) y azul a pH alto (^In-). Sin embargo, en el punto final, ¡el color que se forma es una especie de color cerceta!

¡Resolvamos algunos problemas!

Colores de los indicadores ácido-base

Cada indicador tiene un intervalo de pH distinto y colores diferentes. En primer lugar, veamos la siguiente imagen, que muestra los colores de algunos indicadores comunes.

¡Podemos utilizar esta imagen para resolver algunos problemas! ¡Veamos algunos ejemplos!

Ahora, ¡espero que te sientas más seguro a la hora de elegir indicadores ácido-base!