¿Sabías que si añades hojas de lombarda a una licuadora con agua caliente y las licuas hasta obtener un zumo de col de color púrpura, en realidad estás fabricando tu propio indicador ácido-base? La lombarda contiene flavina, un tipo de molécula de antocianina, que cambia de color cuando se mezcla con un ácido o una base. Si le añades un ácido, el zumo de col se volverá rojo; mientras que si le añades una base, ¡pasará de morado a verde azulado!
Muy interesante, ¿verdad? Sumerjámonos, entonces, en el mundo de los indicadores ácido-base.
Fig. 1: Ejemplo de cambio de color de las disoluciones, al añadir un indicador químico.
- Este artículo trata sobre los indicadores químicos.
- En primer lugar, estudiaremos qué es un indicador químico.
- A continuación, analizaremos los tipos de indicadores químicos que existen.
- Para terminar, veremos algunos ejemplos de indicadores químicos.
¿Qué es un indicador químico?
Un indicador químico (también conocido como indicador ácido-base) es una sustancia que evidencia una modifiicación observable (normalmente, un cambio de color) cuando se produce un cambio en el pH de una solución acuosa.
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-.
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.
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
Los indicadores redox se conocen, también, como indicadores ácido-base y son sustancias que se utilizan para saber cuál es el punto final de una reacción redox. Permiten determinar el contenido del agente oxidante o de un agente reductor.
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 redox más comunes son el azul de metileno, el rojo neutro, la ferroína y la resazurina.
Se denomina punto final al punto en el que el indicador cambia de color. Suele estar próximo al pH del punto de equivalencia.
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:
En una valoración de ácido débil/base fuerte, sabemos que el punto de equivalencia será un poco superior a pH 7. Por lo 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, ya que 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.
- A continuación, 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 incoloro a rosa claro.
- Si se añade más NaOH, la solución se vuelve de un color rosa/morado más oscuro.
Ejemplos de indicadores redox
Algunos ejemplos de indicadores redox son los siguientes:
- Nitroferroína.
- Azul de metileno.
- Tionina.
Indicadores térmicos
Los indicadores térmicos sirven para determinar la temperatura. Se utilizan cuando la temperatura no puede medirse fácilmente con un termómetro.
Uno de estos indicadores es el termo crayón. Puedes utilizarlo para marcar un objeto cuya temperatura quieras controlar.
Puede ser, por ejemplo, un crisol. Dependiendo de la temperatura del crisol, el termo crayón cambia de color.
Los indicadores térmicos también están disponibles como pegatinas en forma de cristales líquidos.
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
Los indicadores de pH son un tipo de indicadores que nos permiten saber cuál es el pH de una disolución.
El valor del pH indica lo ácida o básica que es una solución. También encontrarás este tipo de indicadores en la vida cotidiana.
Por ejemplo, se utilizan para determinar el valor de pH del agua de un estanque o de una piscina. A menudo, un valor de pH desfavorable en el agua provoca la proliferación de algas o la muerte de peces.
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:
- Rojo de metilo.
- Azul de metileno.
- Tionina.
- Ferroína.
Seguro que alguna vez has oído hablar del papel tornasol o, incluso, lo has usado en tu laboratorio de química. El tornasol es un indicador ácido-base fabricado a partir de líquenes, que se emplea habitualmente para comprobar la presencia de ácidos y bases:
- El papel tornasol azul se utiliza para mostrar la presencia de un ácido. Si hay ácido, el papel tornasol azul se vuelve rojo.
- Asimismo, el papel tornasol rojo se vuelve azul en presencia de una base.
Para hallar el pH aproximado de una solución, podemos usar un indicador universal, compuesto por una mezcla de varios indicadores.
Veamos un 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. A continuación, podríamos comparar el cambio de color con una escala de pH ,para averiguar el pH aproximado.
La lejía tiene un pH básico/alcalino de 12, aproximadamente. Por lo tanto, es de esperar que la lejía adquiera un color púrpura, al añadir un indicador universal.
Indicadores complejométricos, indicadores de metales indicadores complejos
Los indicadores complejos, complejométricos o indicadores de metales forman complejos, principalmente con iones metálicos. Se emplean para la determinación analítica de la concentración de iones metálicos.
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:
- Naranja de xileno.
- Murexida.
- Calceína.
Veamos:
Un ejemplo de indicador complejo es el naranja de xileno. 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 y después forma un complejo metálico débil de rojo a rojo-violeta, con algunos iones metálicos polivalentes (como el manganeso, el cinc o el calcio).
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:
¿Qué indicador ácido-base elegirías para una valoración de ácido fuerte/base fuerte?
En las valoraciones ácido fuerte/base fuerte, el punto de equivalencia se sitúa en pH 7. Por lo tanto, el indicador más adecuado para este tipo de valoración sería el azul de bromotimol.
Si decidieras hacer una valoración ácido débil/base fuerte, ¿cuál de los siguientes indicadores utilizarías? ¿Naranja de metilo, azul de bromotimol o fenolftaleína?
En las valoraciones de ácidos débiles y bases fuertes, el punto de equivalencia tiene un pH superior a 7. Por lo tanto, tenemos que elegir un indicador con un intervalo de pH superior a 7.
- El azul de bromotimol tiene un intervalo de pH de 6,0 a 7,6.
- El naranja de metilo tiene un intervalo de pH de 3,2 - 4,4
- La fenolftaleína tiene un pH comprendido entre 8,2 y 10.
De los tres indicadores, el más adecuado para utilizar en una valoración de ácido débil/base fuerte sería la fenolftaleína, porque todo su intervalo de pH es superior a 7.
Indicadores químicos - Puntos clave
- Un indicador químico (también conocido como indicador ácido-base) es una sustancia que evidencia un cambio observable (normalmente, un cambio de color), cuando se produce un cambio en el pH de una solución acuosa.
- Los indicadores redox se conocen también desde indicadores ácido-base y se utilizan para saber cuál es el punto final de una reacción redox; determinar el contenido del agente oxidante o de un agente reductor.
- Los indicadores térmicos sirven para medirla temperatura. Se utilizan cuando la temperatura no puede definirse fácilmente con un termómetro.
- Los indicadores de pH son un tipo de indicadores que nos permiten saber cuál es el pH de una disolución.
- Los indicadores complejos, complejométricos o indicadores de metales forman complejos, principalmente con iones metálicos. En forma de complejo, el indicador muestra un color diferenteque 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.
References
- Fig. 1: PH scale (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PH_scale_3.jpg) is licensed by Alvy16 (vhttps://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=User:Alvy16&action=edit&redlink=1)CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)
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