Indicatori acido-base: come funzionano e come sceglierli

Un indicatore acido-base è una sostanza che cambia colore a seconda del pH: il modo classico e immediato per «vedere» la fine di una titolazione senza strumenti. Ma non tutti gli indicatori vanno bene per tutte le titolazioni: la scelta dipende da dove cade il punto equivalente e da quanto è ampio il salto di pH. Sceglierlo male introduce un errore sistematico.

Vediamo come funziona un indicatore, da cosa dipende il suo intervallo di viraggio, come si sceglie quello giusto per una data titolazione e quali sono gli indicatori più comuni.

Come funziona un indicatore

Un indicatore è a sua volta un acido debole (lo chiamiamo HIn) la cui forma protonata HIn ha un colore diverso dalla forma deprotonata In⁻. In acqua si stabilisce l’equilibrio:

HIn + H₂O ⇌ H₃O⁺ + In⁻

Quando il pH è basso prevale HIn (un colore); quando il pH sale prevale In⁻ (l’altro colore). Il passaggio dall’uno all’altro avviene attorno al pK_In dell’indicatore. L’occhio percepisce il colore di una forma quando è in eccesso di circa dieci volte sull’altra, e questo definisce un intervallo di pH entro cui il viraggio è visibile.

L’intervallo di viraggio

Poiché l’occhio distingue il viraggio quando il rapporto fra le due forme passa da circa 1:10 a 10:1, l’intervallo di pH in cui si osserva il cambiamento è ampio circa due unità, centrato sul pK_In:

intervallo di viraggio ≈ pK_In ± 1

Per esempio la fenolftaleina (pK_In circa 9) vira da incolore a rosa fra pH 8,2 e 10; il rosso metile (pK_In circa 5) vira da rosso a giallo fra pH 4,4 e 6,2. Ogni indicatore ha la sua «finestra» di pH, ed è questa finestra che deve essere collocata correttamente rispetto alla curva di titolazione.

Come scegliere l’indicatore giusto

La regola è semplice: l’intervallo di viraggio dell’indicatore deve cadere dentro il salto di pH della titolazione, idealmente a cavallo del punto equivalente. Per un acido forte con base forte il salto è ampio (circa da 4 a 10), quindi quasi qualunque indicatore va bene. Per un acido debole con base forte il punto equivalente è basico (pH 8–9): serve un indicatore che viri in zona basica, come la fenolftaleina, mentre il rosso metile (che vira troppo presto, in zona acida) darebbe il viraggio prima dell’equivalenza, sottostimando il volume. Per una base debole con acido forte vale l’opposto: equivalenza in zona acida, indicatore acido (rosso metile).

Gli indicatori più comuni

Pochi indicatori coprono la maggior parte dei casi pratici. La tabella riassume quelli più usati, con il loro intervallo di viraggio e il cambiamento di colore:

La colonna «uso tipico» riassume la regola: si abbina l’indicatore al tipo di titolazione in base a dove cade il punto equivalente.

Indicatori universali e a doppio viraggio

Accanto agli indicatori a viraggio singolo esiste l’indicatore universale: una miscela di più indicatori scelti in modo che, combinando i loro colori, la soluzione assuma una tinta diversa quasi a ogni unità di pH. È quello delle cartine indicatrici, utilissimo per stimare rapidamente il pH su un’ampia scala, ma proprio per questo poco adatto a una titolazione: il cambiamento è graduale e non dà un viraggio netto a un volume preciso. Per le titolazioni si preferiscono indicatori a viraggio singolo e marcato, perché il punto finale dev’essere individuato con la massima nettezza. Esistono infine indicatori a doppio viraggio, impiegati per titolazioni in più tappe come quelle degli acidi poliprotici, in cui due cambiamenti di colore segnalano due punti equivalenti successivi.

Domande frequenti

Come fa un indicatore a cambiare colore con il pH?

Un indicatore è un acido (o base) debole le cui forme protonata e deprotonata hanno colori diversi. Al variare del pH cambia il rapporto fra le due forme: a pH basso prevale una forma e il suo colore, a pH alto l’altra. Il passaggio avviene attorno al pK_In dell’indicatore, su un intervallo di circa due unità di pH.

Come si sceglie l’indicatore per una titolazione?

Si sceglie un indicatore il cui intervallo di viraggio cada dentro il salto verticale di pH della curva, il più vicino possibile al punto equivalente. Per questo bisogna sapere dove cade l’equivalenza: a pH 7 per forte-forte (quasi ogni indicatore va bene), in zona basica per acido debole-base forte (fenolftaleina), in zona acida per base debole-acido forte (rosso metile o arancio di metile).

Cosa succede se uso l’indicatore sbagliato?

Il viraggio avviene a un volume diverso da quello del punto equivalente, introducendo un errore di titolazione sistematico: si sovrastima o sottostima il volume di titolante e quindi la concentrazione calcolata. Per esempio usare rosso metile per un acido debole-base forte fa virare prima dell’equivalenza, sottostimando il risultato.

Perché si usano solo poche gocce di indicatore?

Perché l’indicatore è esso stesso un acido o una base debole e reagisce con il titolante, consumandone una piccola quantità. Usarne troppo introduce un errore. Mantenere la quantità minima (poche gocce) e, nelle analisi accurate, fare una prova in bianco rende questo contributo trascurabile.

Qual è la differenza tra intervallo di viraggio e punto di viraggio?

L’intervallo di viraggio è la fascia di pH (ampia circa due unità, attorno al pK_In) entro cui si osserva il cambiamento graduale di colore. Il punto di viraggio è il pH preciso a cui l’operatore percepisce il cambio netto e arresta l’aggiunta: corrisponde al punto finale della titolazione, che si cerca di far coincidere con il punto equivalente.