Pigmentos colorimétricos

[Estequiometría] Sección 6. Conceptos clave.[Titulaciones 1: teoría] [Titulaciones 2: sin equilibrio] Otros conceptos. [Procedimiento de una titulación] [Pigmentos y colorantes]

Los indicadores de acidez colorimétricos son sustancias que permiten identificar el punto de finalización en una titulación ácido-base a través de un cambio de color observable. Este cambio se debe a la capacidad de los indicadores para cambiar su estructura química según el pH de la solución en la que se encuentran, lo que afecta la forma en que interactúan con la luz, produciendo un cambio de color visible. Los indicadores son esenciales en los procesos de titulación, ya que proporcionan una señal clara y precisa de que se ha alcanzado un punto determinado en el cual se puede hacer un cálculo adecuado, pero este punto de finalización no siempre corresponde a una equimolaridad exacta entre ácido y base. El punto de finalización solo determina un valor de pH que facilita los cálculos en ciertas condiciones, pero no garantiza que el ácido y la base estén en una relación molar exacta, por lo que es necesario tener cuidado con afirmaciones que puedan inducir a la creencia de que se ha alcanzado la equimolaridad, lo cual podría generar errores en los cálculos numéricos posteriores.

El rango de cambio de color de los indicadores está vinculado al valor de pH de la solución, y cada indicador tiene un rango específico en el cual experimenta este cambio. Uno de los más utilizados en las titulaciones ácido-base es la fenolftaleína, que se usa principalmente para valoraciones de bases fuertes con ácidos fuertes. La fenolftaleína es incolora en soluciones ácidas y cambia a un color rosa pálido en soluciones básicas. Su punto de cambio de color ocurre típicamente en un pH entre 8.2 y 10.0. Este rango es adecuado para titulaciones que requieren una detección precisa del punto de finalización, pero como se mencionó anteriormente, esto no implica que se haya alcanzado una relación equimolar entre los reactivos. Cuando el pH de la solución alcanza alrededor de pH 8.4, la solución empieza a adquirir un tono rosado tenue, señalando que la neutralización está cerca, pero si se sigue agregando base, el color se intensifica a un rosa fuerte o violeta a medida que el pH aumenta.

Figura 1.  La fenolftaleína es un indicador ácido-base que cambia de incolora a rosa en soluciones básicas, con un rango de pH de 8.2 a 10.0. Sin embargo, el rosa pálido indica exceso de base, lo que significa que no es adecuado para cálculos equimolares. El exceso de base puede distorsionar la titulación, introduciendo errores sistemáticos en los cálculos.

Figura 2.  El naranja de metilo es un indicador ácido-base que cambia de rojo en soluciones ácidas a amarillo en soluciones básicas, con un rango de pH de 3.4 a 4.4. Es útil en titulaciones de ácidos débiles con bases fuertes o bases débiles con ácidos fuertes. Debe añadirse cuidadosamente y almacenarse alejado de la luz para mantener su efectividad.

Otro indicador común es el naranja de metilo, que tiene un rango de cambio de color más bajo. El naranja de metilo es útil para titulaciones de ácidos débiles con bases fuertes. Este indicador cambia de rojo en soluciones ácidas a amarillo en soluciones básicas. Su rango de cambio de color se encuentra entre pH 3.4 y pH 4.4. El color rojo indica un ambiente ácido, mientras que el color amarillo muestra que el medio es básico. Este indicador es especialmente útil en titulaciones donde el cambio de pH se da rápidamente en el rango ácido, como en el caso de la neutralización de un ácido fuerte con una base débil.

Figura 3. El rojo de metilo es un indicador ácido-base que cambia de rojo en soluciones ácidas a amarillo en soluciones básicas, con un rango de pH de 4.4 a 6.2. El punto de finalización se determina por el cambio de color, pero no coincide necesariamente con el punto de equivalencia, que solo ocurre a pH 7 en ciertas titulaciones.

El rojo de metilo es otro indicador común en titulaciones ácido-base, especialmente en el análisis de soluciones de ácidos fuertes. Su rango de cambio se extiende de pH 4.4 a pH 6.2. El rojo de metilo presenta un color rojo en soluciones ácidas y se convierte en amarillo cuando el pH sube hacia la zona básica. Este indicador es útil para valoraciones que no requieren un cambio de color tan extremo y es más adecuado para aquellas situaciones donde el pH no alcanza valores extremadamente básicos. Este indicador también es ampliamente utilizado en la determinación de la acidez titulante de líquidos, como en la medición de jugos o lácteos.

Otro indicador conocido es el azul de bromotimol, que cambia de amarillo a azul a medida que el pH de la solución se incrementa. Su rango de cambio de color se encuentra entre pH 6.0 y pH 7.6, siendo muy útil en titulaciones de ácidos débiles con bases fuertes o en situaciones en las que el pH se aproxima al pH 7 de la neutralidad. Este indicador se usa comúnmente en la valoración de soluciones de dióxido de carbono en agua y para determinar la acidez de las soluciones básicas.

Figura 4. El gráfico de barras muestra los rangos de cambio de color de varios indicadores ácido-base, desde el violeta de metilo hasta el amarillo de alizarina. Cada barra representa el rango de pH donde ocurre el viraje. Esto permite comparar los indicadores y elegir el adecuado según el pH de interés. Los colores cambian progresivamente de ácidos a básicos, reflejando la sensibilidad visual al punto de finalización, no al de equivalencia. 

Además de los indicadores sintéticos, también existen indicadores naturales que se extraen de fuentes vegetales. Un ejemplo destacado es el pigmento extraído de la col morada, conocido como antocianina. Este pigmento natural cambia de color en función del pH de la solución, lo que lo convierte en un indicador útil y económico para demostraciones de química en laboratorios escolares o en situaciones donde no se tiene acceso a indicadores sintéticos. La antocianina se extrae de las hojas moradas de la col y se presenta en un color rojo cuando está en solución ácida, violeta a pH neutro y verde o azul en condiciones básicas. Su rango de cambio de color es bastante amplio, aproximadamente entre pH 4.5 y pH 8.5.

La ventaja de utilizar el pigmento de la col morada es que no solo es económico, sino que también es una opción ecológica, ya que no requiere productos químicos sintéticos para su obtención. La antocianina, al ser un indicador natural, ofrece una gama de colores vibrantes y es bastante sensible a cambios pequeños en el pH, lo que la hace útil para observar el comportamiento de ácidos y bases de una manera fácil y accesible. Además, su color varía de manera progresiva según se modifica el pH, lo que facilita el seguimiento de los cambios de concentración de iones hidrógeno durante la titulación.

Figura 5. El pigmento de la col morada, rico en antocianinas, cambia de color según el pH del medio, siendo útil como indicador visual en laboratorios escolares. Sin embargo, su uso requiere precaución, ya que factores como el método de extracción afectan su consistencia. Se recomienda estandarizarlo mediante una tabla de virajes con soluciones de pH conocido para obtener resultados confiables

Sin embargo, la antocianina también tiene algunas limitaciones. Su rango de cambio de color no es tan estrecho como el de los indicadores sintéticos, lo que puede hacer que no sea tan preciso en ciertas situaciones de titulación que requieren un cambio de color más abrupto y definido. Además, factores como la temperatura y la exposición a la luz pueden afectar la estabilidad del color, lo que puede introducir cierta imprecisión en los resultados si no se controla adecuadamente el entorno.

Referencias.

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., & Stoltzfus, M. W. (2015). Chemistry the Central Science.

Brown, T. L., LeMay, H. E. J., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry, the central science (15th ed.). Pearson.

Chang, R. (2010). Chemistry (10th ed.). McGraw-Hill New York.

Chang, R., & Overby, J. (2021). Chemistry (14th ed.). McGraw-Hill.

IUPAC. (2019). Compendium of chemical terminology (2nd ed.). IUPAC. https://doi.org/10.1351/goldbook

Matamala, M., & González Tejerina, P. (1975). Química (1ª ed.). Bogotá: Ediciones Cultural.

Seager, S. L., Slabaugh, M. M., & Hansen, M. M. (2022). Chemistry for Today (10th ed.). Cengage Learning.

Zumdahl, S. S., Zumdahl, S. A., DeCoste, D. J., & Adams, G. (2018). Chemistry (10th ed.). Cengage Learning.