Indicadores químicos

¿Qué es un indicador químico?

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 están en la forma HIn.
• Una solución tendrá el color de In- si la mayoría de las moléculas indicadoras existen en la forma In^-.

Ahora, pasaremos a otro punto muy importante: los tipos de indicadores químicos.

Tipos de indicadores químicos

Como ya sabrás, existe una gran variedad de tipos de reacciones químicas y estados físicos. Afortunadamente, los cambios de estado que se producen suelen limitarse a un espectro determinado. Por lo tanto, pueden distinguirse entre cuatro tipos importantes de indicadores, según para qué se utilicen:

• Indicadores redox.
• Indicadores térmicos.
• Indicadores de pH.
• Indicadores complejométricos o indicadores complejos.

Veamos ahora, en profundidad, cómo es cada uno de ellos:

Indicadores redox

El cambio de color de un indicador redox es reversible. Esto significa que puede invertirse tantas veces como desees. Se distingue entre indicadores bicolores y monocolores:

• Los indicadores bicolores muestran un cambio de color azul-rojo.
• Los indicadores monocolores son incoloros o incoloros.

Los indicadores ácido-base ayudan a los químicos a saber cuándo se ha alcanzado el punto final de la valoración. Lo ideal sería que el indicador cambiara 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 de un ácido débil con una base fuerte:

Ejemplos de indicadores redox

Algunos ejemplos de indicadores redox son los siguientes:

Indicadores térmicos

Uno de estos indicadores es el termo crayón. Puedes utilizarlo para marcar un objeto cuya temperatura quieras controlar.

Los indicadores redox pueden ser reversibles e irreversibles. Estos indicadores son especialmente populares en las empresas, porque permiten registrar cuándo se supera una determinada temperatura.

Indicadores de pH

El valor del pH indica lo ácida o básica que es una solución. También encontrarás este tipo de indicadores en la vida cotidiana.

Los indicadores son, incluso, ácidos o bases débiles. Por tanto, ellos mismos pueden ceder o aceptar electrones y protones (en forma de iones H⁺):

$$Indicador_{(acido)}\ +\ H_{2}O\rightleftharpoons Indicador_{(base)}\ +\ H_{3}O^{+}$$

Ahora depende de la solución que estés examinando con el indicador:

• Si la solución es ácida, hay muchos iones oxonio (H₃O⁺) en la solución y el indicador toma los protones de los iones oxonio. Así, el equilibrio se establece, lentamente, en el lado izquierdo de la ecuación.
• Si, por el contrario, se añade una solución básica al indicador, este cede protones y el equilibrio de la reacción se sitúa más a la derecha. Esto se debe a que el indicador se convierte en una base, debido a la liberación de H⁺. Estos protones se unen, entonces, a una molécula de agua y se convierten en H₃O⁺.

Tienes que seleccionar el indicador en función de si la solución añadida tiene más probabilidades de ser ácida o básica. Puedes elegir un indicador que sea una base débil (para una solución ácida) o un ácido débil (para una solución básica).

El indicador de pH indica el estado, con ayuda de una escala de colores. Una medición aún más precisa se consigue con el indicador universal, que suele utilizarse en forma de tira de papel y cubre una gama muy amplia de valores de pH. Para utilizarlo, se humedece con el líquido que se va a analizar y cambia de color. Esto permite determinar si la solución que se va a analizar es ácida, neutra o básica.

El valor exacto del pH puede estimarse aproximadamente con ayuda de una escala de colores, como puedes ver a continuación:

Fig. 2: Escala de pH. El valor de pH neutro es 7. Todos los valores que sean menores a 7 nos indican que el pH de la disolución es ácido, mientras que los valores que sean más altos que 7 nos indican que el pH es básico.

Las zonas en las que cambia el color del indicador se denominan zonas envolventes.

Ejemplos de indicadores de pH

Veamos ahora algunos ejemplos de indicadores redox:

Para hallar el pH aproximado de una solución, podemos usar un indicador universal, compuesto por una mezcla de varios indicadores.

Veamos un ejemplo:

Indicadores complejométricos, indicadores de metales indicadores complejos

En forma de complejo, el indicador muestra un color diferente que cuando no está acomplejado. Dado que los iones metálicos son especialmente propensos a la formación de complejos, los indicadores complejos se utilizan para detectar metales.

Una de las aplicaciones más típicas es la determinación de la dureza del agua. La dureza del agua indica la concentración de iones en el agua investigada. También se denominan componentes de la dureza. Suelen incluir iones de calcio y iones de magnesio. Cuantos más de estos iones contenga el agua, más dura será. El agua dura no solamente sabe peor, sino que también provoca que aparatos como hervidores, cafeteras y lavadoras se calcifiquen más rápidamente.

Ejemplos de indicadores complejométricos, indicadores de metales indicadores complejos

Algunos ejemplos de este tipo de indicadores son:

Veamos:

Ejemplos de indicadores químicos

Ahora, vamos a analizar en profundidad algunos ejemplos de indicadores químicos:

Indicador fenolftaleína

La fenolftaleína es un indicador de pH. Cuando se encuentra en una disolución con un pH ácido, la disolución permanece incolora; mientras que cuando el pH de la disolución es un pH básico, la disolución se vuelve rosa (fucsia).

Fig. 3: Disolución con fenolftaleína. Podemos deducir, por su color rosado, que es una disolución básica.

Rojo de metilo

El rojo de metilo es un indicador de pH que cambia de color entre pH 4,2 y 6,3. 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!

Zumo de lombarda

Como hemos mencionado al principio, el zumo de lombarda también sirve como indicador de pH. Este zumo contiene el colorante cianidina, que puede entintar las soluciones de rojo, azul, verde o amarillo.

• El rojo significa que la solución es ácida, mientras que el amarillo es el indicador de una solución alcalina.

Si la solución es especialmente alcalina, la mezcla puede, incluso, volverse verde; en algunos casos, también puede volverse amarilla. En algunas aplicaciones, sin embargo, el resultado del indicador también puede ser incorrecto. En este caso, resulta útil volver a realizar la prueba, o utilizar otro indicador.

Naranja de xileno

El naranja de xileno es un ejemplo de indicador complejo. Este indicador se utiliza en el intervalo ácido de pH 1 a 3; a veces, también hasta pH 5. El naranja de xilenol es amarillo no complejo. Después, forma un complejo metálico débil de rojo a rojo-violeta, con algunos iones metálicos polivalentes, como el manganeso, el cinc o el calcio.

Ejercicio de indicadores químicos

Hagamos un ejercicio de indicadores químicos, para consolidar lo aprendido: