Gli indicatori acido-base sono acidi o basi organici deboli (o loro sali) la cui forma acida o basica è di colore diverso da quella della rispettiva base o acido coniugato.
Il colore che si osserva quando un indicatore acido-base viene aggiunto ad una soluzione acquosa dipende:
- dalla Ka o dalla Kb dell'indicatore,
- dal pH della soluzione.
Per un generico indicatore a carattere acido HIn in soluzione acquosa si ha il seguente equilibrio:
HIn <--> H+ + In-
la cui costante di equilibrio è:
Ka = KHIn = [H+][In-]/[HIn]
Quando [HIn]=[In-], la soluzione appare di un colore intermedio fra quello della forma indissociata HIn e quello della sua base coniugata In-.
Il valore di pH al quale si verifica questa situazione è detto punto di viraggio dell'indicatore:
[H+] = KHIn e quindi pH = pKHIn
Per rilevare il punto equivalente di una titolazione è perciò sufficiente conoscere il pH al punto equivalente della titolazione e scegliere un indicatore acido-base il cui pKHIn si avvicini il più possibile al pH al p.e.
Data però la scarsa sensibilità dell'occhio umano, non è possibile percepire una variazione di colore esattamente al pH al p.e., ma solo se le due forme dell'indicatore stanno nel rapporto di 1:10 o di 10:1, è preferibile parlare di intervallo di viraggio dell'indicatore, pertanto:
- se il rapporto [HIn]/[In-] ≥ 10 la soluzione presenta il colore di HIn;
- se il rapporto [HIn]/[In-] ≤ 1/10 la soluzione presenta il colore di In-;
- se 1/10 ≤ [HIn]/[In-] ≤ 10 la soluzione presenta un colore intermedio fra quello di HIn e quello di In-.
L'intervallo di viraggio di un indicatore acido-base è generalmente di due unità di pH, perciò:
pH = pKHIn ± 1
Questi indicatori sono adatti per rilevare, con il loro cambiamento di colore, punti di fine titolazione che si trovano all'interno di “salti di pH” di almeno 2-3 unità di pH e sufficientemente ripidi.
Quando invece i salti sono molto più ristretti e non eccessivamente ripidi, è consigliabile ricorrere agli indicatori acido–base misti, ovvero un miscuglio di due indicatori aventi un intervallo di viraggio molto più ristretto di quelli singoli (minore di 1 unità di pH) e colori della forma acida e basica somma dei colori degli indicatori singoli da cui sono composti.
Operativamente il cambiamento, cioè il viraggio di colore di un indicatore, sia esso singolo o misto, viene preso come segue:
- per gli indicatori che possiedono due forme colorate, all'ultimo cambiamento di colore
Esempio: in una titolazione che parte da pH acido, il colore del Rosso metile varia da rosso a giallo, passando per varie tonalità di arancio intermedie; il viraggio viene preso all'ultimo cambiamento di colore giallo. In una titolazione che parte da pH basico, il colore del Rosso metile varia da giallo a rosso, passando per varie tonalità di arancio intermedie; il viraggio viene preso all'ultimo cambiamento di colore rosso.
Questi indicatori possono perciò essere usati in entrambi sensi di viraggio.
- per gli indicatori che possiedono una forma incolore e l’altra colorata, al primo cambiamento di colore.
Esempio: in una titolazione che parte da pH acido, il colore della Fenolftaleina varia da incolore a rosa intenso, passando per varie tonalità di rosa intermedie; il viraggio viene preso al primo apparire della colorazione rosa. È sconsigliabile utilizzare questo tipo di indicatori in una titolazione inversa, cioè passando dalla forma colorata a quella incolore, perché l’occhio umano è molto meno sensibile a questo tipo di cambiamento.
Una volta individuato il punto di fine titolazione sulla curva di titolazione, la scelta dell’indicatore acido–base più adatto si esegue facendo sì che
- per gli indicatori che possiedono due forme colorate il pH al loro ultimo cambiamento di colore si avvicini il più possibile al pH al p.e.,
- per gli indicatori che possiedono una forma incolore e l’altra colorata il pH al loro primo cambiamento di colore si avvicini il più possibile al pH corrispondente al p.e.