Indicatori acido-base

Con il termine  indicatore si intende  un composto in grado di subire modifiche facilmente osservabili – di solito il colore – in funzione dell’ambiente chimico in cui si trova. Gli indicatori usati in acidimetria e alcalimetria sono acidi organici deboli o basi organiche deboli, la cui forma acida possiede un colore diverso da quello della forma basica coniugata. Consideriamo il generico indicatore acido HIn che, a contatto con l’acqua, dà il seguente equilibrio che, in accordo con la teoria di Bronsted e Lowry è il seguente:

HIn (aq) + H2O (l) ↔ H3O+ (aq) + In (aq)

acido             base                  acido coniugato     base coniugata

 

in cui la forma acida rappresentata da HIn ha un colore diverso rispetto a quello della base coniugata In. Sia Kin la costante di dissociazione del generico indicatore HIn; si ha:

Kin = [H3O+][In]/ [HIn] da cui: Kin/ [H3O+] = [In]/ [HIn] (*)

Quando la concentrazione dello ione H3O+ ha lo stesso valore numerico di Kin il rapporto tra [HIn] e [I] è uguale a 1 e quindi il 50% dell’indicatore è presente nella forma acida mentre il 50% è presente nella forma basica. Dall’ultima equazione si vede che sia la forma acida che quella basica sono presenti a qualsiasi valore di pH, ma l’occhio umano è in grado di percepire solo il colore della forma prevalente. Se per esempio la forma acida dell’indicatore è rossa e la forma basica è gialla, quando si confronta una soluzione consistente interamente della forma rossa con una consistente di una miscela del 99% della forma rossa con l’1% della forma gialla l’occhio non riesce a distinguere alcuna variazione di colore. Generalmente ciò è vero fino a che il rapporto tra [HIn] e [In] è all’incirca uguale a 10. In altre parole qualsiasi soluzione in cui il rapporto [In]/ [HIn] è minore di 0.1 alla vista si ha l’impressione che l’indicatore sia presente tutto nella forma acida. Analogamente, quando il rapporto [HIn]/[In] è maggiore di 10 si ha l’impressione che tutto l’indicatore sia presente nella forma basica. Da quanto detto risulta che il colore della forma acida dell’indicatore diventa l’unico visibile quando [In]/ [HIn] < 0.1

E quello nella forma basica quando [In]/ [HIn] > 10.

Per rapporti fra 0.1 e 10 si osserva un colore intermedio. Il cambiamento di colore di un indicatore da quello della forma acida a quello della forma basica non avviene quindi bruscamente, ad una concentrazione di H3O+ determinata, ma gradualmente e si estende per un certo intervallo di H3O+. se si suppone che i due estremi del campo di variazione corrispondano ai valori 0.1 e 10 del rapporto [In]/ [HIn] in base all’equazione (*) si ha:

1)       [In]/ [HIn] = 1/10 = Kin/ [H3O+] ovvero [H3O+] = 10 x Kin

2)     [In]/ [HIn] = 10= Kin / [H3O+] ovvero [H3O+] = Kin/ 10

Per [H3O+] = 10 x  Kin l’indicatore esibisce la colorazione della forma acida e per [H3O+] = Kin/ 10 quella della forma basica. Il cambiamento di colore avviene tra [H3O+] = 10 x  Kin  e [H3O+] = Kin/ 10 cioè in unità di pH fra pH = pKin +/- 1

Questo campo di pH in cui l’indicatore cambia colore è detto intervallo di viraggio dell’indicatore. L’intervallo di viraggio di un indicatore viene misurato sperimentalmente tramite soluzioni tampone. La tabella mostra un elenco degli indicatori più frequentemente usati nell’analisi volumetrica

Indicatore

Colore forma acida

Colore forma basica

Intervallo di viraggio

pKin

Blu timolo

Rosso

Giallo

1.2-2.8

1.65

Giallo metile

Rosso

Giallo

2.9-4.0

3.2

Metilarancio

Rosso

Giallo-arancio

3.1-4.4

3.1

Blu bromofenolo

Giallo

Porpora

3.0-4.6

4.1

Verde bromocresolo

Giallo

Blu

3.8-5.4

4.9

Rosso metile

Rosso

Giallo

4.2-6.2

5.0

Rosso clorofenolo

Giallo

Rosso

4.8-6.4

6.25

Blu bromotimolo

Giallo

Blu

6.0-7.6

7.30

Rosso fenolo

Giallo

Rosso

6.4-8.0

8.0

Blu timolo

Giallo

Blu

8.0-9.6

Giallo alizarina

Giallo

 Viola

10.1-12.0

Si nota che la serie di indicatori copre completamente il campo di pH tra 1 e 12. Gli intervalli di viraggio riportati in tabella si riferiscono alla temperatura di 25°C. quando HIn è elettricamente neutro o ha la carica negativa Kin  varia pochissimo con la temperatura, mentre quando HIn è carico positivamente come nel caso del metilarancio aumentando la temperatura l’intervallo di viraggio si sposta verso valori di pH più bassi.

Quando al punto di fine il viraggio non è abbastanza netto può essere conveniente usare una miscela di due indicatori o di un indicatore con un colorante. Se la scelta è ben fatta e indicatore e colorante vengono mescolati nel modo più opportuno l’indicatore misto darà un viraggio netto ed evidente ad un pH ben definito e potrà essere usato nei casi in cui con un indicatore di tipo normale il viraggio non si presenta abbastanza evidente.

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Author: Chimicamo

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