Demostración del funcionamiento de las resinas ácidas de intercambio iónico

Hay resinas que proporcionan protones a una disolución y los intercambian por cationes disueltos. Si realmente funcionan así, debería poder indicarse el paso de protones a la disolución mediante un indicador de pH. En eso consiste este experimento.

Precauciones

El hidróxido de sodio es corrosivo.

Materiales y procedimiento

Se necesita:

Tubo de ensayo (de aproximadamente 25 × 150 mm)
Tapón
Varilla de vidrio
Medidor de pH
Resina Amberlyst 15 (forma ácida)
Cloruro de sodio
Agua desionizada
Azul de timol (0.2% p/v en etanol)
Hidróxido de sodio (0.2 M)

Se procede del siguiente modo:

Agregar 1 g de la resina de intercambio iónico ácida Amberlyst 15 al tubo de ensayo y añadir agua hasta unos hasta la mitad del tubo.
Añadir unas 20 gotas de la solución de azul de timol. Debe aparecer un color amarillo.
Medir el pH de la disolución.
Añadir 2 g de cloruro de sodio a la solución . La disolución se volverá roja en la zona inferior, donde se produce el contacto con la resina sólida. Si se agita, toda la disolución se volverá roja.
Medir de nuevo el pH.
Agregue la disolución de hidróxido de sodio gota a gota hasta que la disolución sea intensamente azul en sus dos tercios superiores. Mezclar hasta volver azul toda la disolución.
Cuando la resina se haya asentado, se observará un color rojo cada vez más intenso sobre el sólido, que cambiará lentamente a naranja, luego a amarillo y finalmente a azul.
Remover la suspensión con la varilla de vidrio. El color azul debe desaparecer por completo. La disolución en la superficie de la resina sólida aún debe ser roja; el resto de la disolución debe ser amarillo.
Medir el pH.
Agregar una cantidad adicional de la disolución de hidróxido de sodio gota a gota hasta que la disolución en la parte superior permanezca azul. Agitar el tubo de ensayo de nuevo. Debería verse la misma distribución de color que en el punto 7.
Remover y registrar el pH de nuevo.
El proceso se puede repetir varias veces. La intensidad del color rojo en la superficie de la reacción de intercambio iónico disminuirá constantemente con cada repetición, y el volumen de hidróxido de sodio necesario para neutralizar el ácido será cada vez más pequeño. Finalmente, toda la disolución permanecerá azul. Medir el pH después de cada paso.

Bibliografía

Eilks, Ingo; Gulacar; Ozcan. A Colorful Demonstration to Visualize and Inquire into Essential Elements of Chemical Equilibrium. Journal of Chemical Education 2016, 93, 1904-1907. DOI: 10.1021/acs.jchemed.6b00252.
Gavira Vallejo, José Mª; Paredes Roibás, Denís. Química insólita. Certificado de Formación del Profesorado (Cursos de Formación Permanente de la UNED); Dpto. Ciencias y Técnicas Fisicoquímicas, 2018.