Indikator asam-basa

Fenolftalein tetap tidak berwarna dalam larutan dengan pH di bawah 8.3 dan berubah menjadi merah muda di atasnya.

Pada 1680, Boyle mengamati bahwa asam mengubah warna zat warna tumbuhan tertentu. Sejak itu, ahli kimia memanfaatkan gejala ini untuk memperkirakan pH tanpa alat ukur. Indikator asam-basa adalah zat warna yang warnanya bergantung pada konsentrasi ion hidronium. Indikator sendiri merupakan asam lemah atau basa lemah. Kedua bentuknya, dengan dan tanpa proton tambahan, memiliki warna berbeda.

Cara zat warna mendeteksi pH

Tuliskan indikator sebagai HIn. Dalam air, indikator berada dalam kesetimbangan dengan basa konjugasinya: HIn + H₂O ⇌ H₃O⁺ + In⁻. Untuk metil jingga, HIn berwarna merah dan In⁻ kuning, dengan tetapan ionisasi asam Ka = 4.0 × 10⁻⁴. Penambahan asam menghasilkan lebih banyak H₃O⁺ yang menggeser kesetimbangan ke kiri, sehingga bentuk merah mendominasi. Penambahan basa mengurangi H₃O⁺ dan menggeser kesetimbangan ke kanan, menuju warna kuning. Warna yang terlihat bergantung pada perbandingan In⁻ terhadap HIn.

Persamaan Henderson-Hasselbalch menghubungkan perbandingan itu dengan pH: pH = pKa + log([In⁻]/[HIn]). Ketika pH sama dengan pKa, kedua bentuk berjumlah sama dan terlihat warna campuran, yaitu jingga untuk metil jingga. Mata baru melihat perubahan jika salah satu bentuk jauh lebih banyak daripada yang lain. Karena itu, perubahan warna yang tampak berlangsung dalam rentang yang disebut trayek perubahan warna, kira-kira pKa ± 1. Untuk metil jingga, dengan pKa = −log(4.0 × 10⁻⁴) = 3.40, trayeknya sekitar pH 3.1 (merah) hingga 4.4 (kuning).

Empat indikator yang umum digunakan

Setiap indikator hanya berguna di sekitar trayeknya sendiri. Metil jingga berwarna merah di bawah sekitar 3.1 dan kuning di atas 4.4, jadi tidak dapat membedakan asam lemah pada pH 5 dari basa kuat pada pH 13: keduanya tampak kuning. Lakmus berubah dari merah menjadi biru pada rentang yang cukup lebar, sekitar pH 5 hingga 8, sehingga praktis untuk menguji asam atau basa dengan cepat di sekitar 7. Bromtimol biru berubah dari kuning menjadi biru antara sekitar 6.0 dan 7.6, melewati warna hijau di sekitar pH netral. Fenolftalein tidak berwarna di bawah pH 8.3 dan berubah dari merah muda menjadi magenta pekat hingga sekitar 10. Rentang yang dicantumkan berbagai sumber dapat berbeda beberapa persepuluh karena perubahannya bertahap dan kepekaan mata berbeda-beda.

Penggunaan beberapa indikator sekaligus mempersempit perkiraan. Misalnya, larutan tak dikenal membuat metil jingga berwarna kuning, bromtimol biru berwarna hijau, dan fenolftalein tetap tidak berwarna. Metil jingga kuning berarti pH di atas 4.4, bromtimol biru yang hijau berarti antara 6.0 dan 7.6, dan fenolftalein tidak berwarna berarti di bawah 8.3. Jika digabungkan, pH larutan berada antara 6.0 dan 7.6. Indikator universal dan kertas pH menggunakan campuran beberapa zat warna agar warnanya terus berubah secara bertahap dalam rentang pH yang lebar.

Penalaran yang sama menentukan indikator untuk titrasi, yaitu pencampuran asam dan basa hingga tepat saling menetralkan. Indikator harus berubah warna pada lonjakan pH di titik akhir, bukan saat pH masih naik perlahan sebelumnya. Jika asam lemah dititrasi dengan basa kuat, titik ekuivalennya di atas pH 7 (8.72 untuk asam asetat 0.100 M), sehingga fenolftalein cocok dan metil jingga tidak. Unit terakhir dalam kursus ini menampilkan kurva lengkapnya.