indicatori e punto di equivalenza titolazione mappa concettuale

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Gli indicatori acido-base sono acidi o basi deboli il cui colore cambia al variare del pH. In una titolazione il punto di equivalenza corrisponde alla quantità stechiometrica di titolante aggiunto, mentre il punto finale è quello in cui l'indicatore cambia colore. La scelta dell'indicatore dipende dal pH all'equivalenza, che varia secondo la forza di acido e base coinvolti.

Come funziona un indicatore
Un indicatore acido-base è una molecola organica che si comporta come un acido o una base debole: la sua forma protonata e quella deprotonata hanno colori diversi. L'equilibrio di dissociazione segue la legge di Ostwald, quindi il rapporto tra le due forme dipende dal pH della soluzione. Quando il pH supera il pKa dell'indicatore, prevale la forma basica e il colore cambia gradualmente; il viraggio netto si osserva in una zona di circa due unità di pH attorno al pKa. Poiché l'indicatore è esso stesso acido o base, se ne aggiunge una quantità minima per non consumare titolante e non alterare il risultato della titolazione.

Equivalenza, punto finale ed errore di titolazione
Il punto di equivalenza è definito dalla stechiometria: coincide con l'aggiunta della quantità esatta di titolante che reagisce con l'analita. Il punto finale, invece, è ciò che l'operatore osserva, cioè il viraggio dell'indicatore. Se i due punti non coincidono si commette un errore di titolazione, che può essere positivo o negativo a seconda della direzione dello scostamento. Per questo l'indicatore va scelto in modo che la sua zona di viraggio ricada dentro il salto di pH della curva di titolazione. In una titolazione acido forte-base forte il salto è ampio e più indicatori sono adatti; con acidi o basi deboli il salto si restringe e la scelta diventa più critica.

Il pH all'equivalenza cambia con i reagenti
Nella titolazione di un acido forte con una base forte, come HCl con NaOH, all'equivalenza si forma un sale neutro e il pH è 7: vanno bene sia la fenolftaleina sia il metilarancio. Se si titola un acido debole, come l'acido acetico, con una base forte, all'equivalenza resta in soluzione la base coniugata acetato, che idrolizza rendendo il pH basico, tipicamente sopra 8: la fenolftaleina è la scelta corretta, mentre il metilarancio virerebbe troppo presto. Nel caso inverso, acido forte con base debole, l'equivalenza è acida e si preferisce il metilarancio. Con acido debole e base debole il salto è così ridotto che un indicatore colorimetrico è spesso inadatto.

Curve di titolazione e punto di semi-equivalenza
La curva di titolazione riporta il pH in funzione del volume di titolante aggiunto e permette di individuare visivamente l'equivalenza in corrispondenza del punto di flesso. Prima dell'equivalenza la soluzione contiene acido in eccesso; dopo, base in eccesso. Un punto particolarmente utile è la semi-equivalenza, quando metà dell'analita è stato neutralizzato: in quel momento la concentrazione dell'acido eguaglia quella della sua base coniugata e il pH è uguale al pKa secondo l'equazione di Henderson-Hasselbalch. Questo principio è alla base della preparazione delle soluzioni tampone e consente anche di determinare sperimentalmente il pKa di un acido debole.