Gli indicatori di acido e di base sono usati in chimica per determinare il pH di una sostanza. Cambiano in colori diversi a seconda che vengano aggiunti a un acido, una base o una sostanza neutra. La maggior parte degli indicatori sono se stessi acidi deboli e rispondono ai cambiamenti nella concentrazione di ioni idrogeno.
Scala del pH e indicatori di acidi e basi
L'intervallo di pH funziona tra 0 e 14, dove 7 è neutro. Un pH superiore a 7 indica una base e quelli inferiori a 7 indicano un acido. La scala del pH è logaritmica e con ogni singolo cambiamento di numero sulla scala, c'è un cambiamento di dieci volte nell'acidità dell'alcalinità (basicità).
Gli indicatori acidi e basici sono sensibili alla variazione del pH, o, più specificamente, alla variazione della concentrazione di ioni idrogeno, H+, in soluzione.
La maggior parte degli indicatori di acidi e basi sono grandi molecole organiche che contengono doppi e singoli legami carbonio-carbonio alternati. Nelle soluzioni basiche, gli indicatori acido e base diventano ioni perdendo ioni idrogeno dalla loro composizione chimica, solitamente da un gruppo OH. Questo cambia la struttura della molecola, facendo sì che gli indicatori assorbano la luce a diverse lunghezze d'onda e cambino i colori.
Tipi di indicatori
Molti tipi di indicatori funzionano su tutta la scala del pH. È importante sceglierne uno che rientri nell'intervallo di pH in esame. Di seguito sono riportati alcuni indicatori comuni.
Cartina tornasole
Un comune indicatore di acido e base è la cartina tornasole creata trattando la carta da filtro con un colorante ottenuto dai licheni. Una soluzione applicata alla cartina di tornasole manterrà la cartina tornasole dello stesso colore o la cambierà.
Il tornasole rosso è un acido diprotico debole; può donare due atomi di idrogeno. Al di sotto del pH 4,5, una cartina tornasole rossa rimane rossa, ma diventa blu in una base. Sopra il pH 8,3, una cartina di tornasole blu rimane blu ma diventa rossa in un acido.
La cartina di tornasole non è in grado di determinare un valore di pH, solo per distinguere tra acidi e basi. La cartina di tornasole neutra è viola.
Indicatore di fenolftaleina
L'indicatore della fenolftaleina è un acido debole che ha due diverse strutture a seconda che si trovi in una soluzione alcalina (rosa) o acida (incolore). La soluzione alcalina assorbe la luce nello spettro della luce visibile e l'occhio umano percepisce un cambiamento di colore in rosa a un livello di pH di 8,2, continuando a magenta brillante a pH 10 e oltre.
La fenolftaleina è comunemente usata come indicatore negli esperimenti di titolazione acido-base nel laboratorio chimico. Una soluzione a concentrazione nota viene aggiunta con cautela in una soluzione a concentrazione sconosciuta e nell'indicatore della fenolftaleina. Quando la soluzione vira da incolore a rosa (o viceversa), il titolazione o è stato raggiunto il punto di neutralizzazione ed è possibile calcolare la concentrazione sconosciuta.
Indicatore blu di bromotimolo
Il blu di bromotimolo, un acido debole, è più comunemente usato come indicatore per soluzioni relativamente neutre, acidi e basi deboli. Il suo intervallo di pH è compreso tra 6 e 7,6. La soluzione appare gialla fino a pH 6, in una soluzione neutra è verde e diventa blu in soluzioni basiche sopra pH 7,6.
In laboratorio, il blu di bromotimolo è spesso usato come a colorazione biologica per vetrini, per testare la fotosintesi e può essere utilizzato per testare il pH delle piscine.
Indicatore rosso metile
Come indicatore di acido e base, il rosso metile diventa rosso in soluzioni acide a pH 4,4 e inferiori e diventa giallo quando viene raggiunto pH 6,2. Tra questi punti finali di colore, nell'intervallo di pH da 4,4 a 6,2, il colore è arancione.
Il rosso metile può essere utilizzato come indicatore acido e basico in laboratorio e come colorante azoico, il gruppo più numeroso di sostanze sintetiche coloranti, comunemente usato per trattare i tessuti.
Indicatore universale
Un indicatore universale è una soluzione che contiene una miscela di indicatori, spesso fenolftaleina, rosso metile e blu bromotimolo. L'identificazione di un pH approssimativo si ottiene aggiungendo diverse gocce di un indicatore universale a una soluzione.
Il rosso indica un acido forte, nell'intervallo di pH da 1 a 4, mentre un acido debole ha una tonalità arancione. In una soluzione neutra, il colore diventa giallo-verde. Il viola indica una base forte, superiore a pH 11, mentre le basi deboli mostrano una tinta bluastra.