Indicadores químicos ácido-base naturales.

Se deben fundamentalmente a la proporción que contengan de los pigmentos naturales conocidos como antocianinas y antoxantinas. La antocianina es roja en medio ácido, púrpura en medio neutro y azul en medio básico, sin embargo la antoxantina es amarilla en medio básico. La proporción en que se encuentre la mezcla de pigmentos hace que las flores tengan distintos colores y que se puedan modificar según el pH del medio.

Son glucósidos, con estructura parecida, modificándose la posición de determinados grupos hidroxilo, con carácter ácido, que según el medio producen diferentes formas encuadradas en una tautomería ceto-enólica. De su hidrólisis se extraen los pigmentos coloreados, las antocianidinas y antoxantidinas

Así la  forma más genérica de las antocianidinas, y su transformación sería (fig.1):

Fig.1

Mientras que para  las antoxantidinas, sería (fig.2):

Fig.2

La mayoría de los pétalos de las flores contienen ambos pigmentos, por eso en medio ácido el jarabe de violetas producía color rojo, mientras que en medio básico era verde, combinación del amarillo y

del azul, tal como se muestra en la simulación (fig.3). Si domina más la concentración de amarillo, será verde amarillento.

Prácticas de indicadores químicos ácido-base naturales.

1.  Con el extracto de violetas.

Dado que históricamente fue el primer indicador, comenzaremos por él.

Se cortan las hojas de violeta con cuidado y se extrae en una  termobatidora, en caliente con agua hasta 80ºC. (25g de pétalos de violetas/ 50g de agua).El extracto toma color violeta pálido, casi incoloro (según la concentración).

En el primer modelo de prácticas, observaremos a través de química de la gota de extracto de violetas en agua, la coloración que toma un ácido fuerte (H2SO4 6N), un ácido débil (acético 1M),  una base débil (hidróxido amónico 1M) y una base fuerte (NaOH 6N).dispondrán en la caja Petri 4 gotas  de los compuestos citados, rodeando unas gotas de indicador (fig.4). Posteriormente se pondrán en comunicación las gotas (fig.5), continuando con las figuras 6 y 7.

Fig.4 Fig.5

fig.7

Como se observa a pH ácidos toma color rojizo, mientras que a pH básicos el color es verde amarillento, tal como se decía en los primeros estudios con indicadores naturales.

2.  Con extracto de lombarda.

La lombarda se extrae en una  termobatidora, en frío con alcohol absoluto (50 g de lombarda troceada/ 100ml de etanol absoluto), y en caliente con agua hasta 80ºC. (250g de lombarda/ 500g de agua).El extracto alcohólico toma color rojo pálido, casi incoloro (según la concentración), mientras que el acuoso lo hace violeta.

En el primer modelo de prácticas, observaremos a través de química de la gota de extracto de lombarda en agua, la coloración que toma un ácido fuerte (H2SO4 6N), un ácido débil (acético 1M),  una base débil (hidróxido amónico 1M) y una base fuerte (NaOH 6N).dispondrán en la caja Petri 4 gotas  de los compuestos citados, rodeando unas gotas de indicador (fig.8). Posteriormente se pondrán en comunicación las gotas (fig.9).

Fig.8 Fig.9

Fig.11 Fig.10

En la sucesión de fotos (fig 8, 9, 10 y 11), se observan los diferentes colores que toma la lombarda según el pH de medio. La difusión final separa en dos medios ácido fuerte y base fuerte (fig 11).

En medio alcohólico, debido a la diferente tensión superficial, la gota de indicador se desparrama y es mucho más dificil delimitar las fronteras, sin embargo los colores se intensifican. La sucesión de fotos, se da en las figuras 12, 13, 14 y 15.

Fig.12

Fig.15

Los cambios de color corresponden a los que toma para los diferentes pH, que se obtienen de la combinación de las gotas de los reactivos respectivos, según la  tabla que se da:

Valores de pH

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Lombarda

en agua

Rojo Rojo violáceo Azul verdoso Verde Amarillo

Lombarda

en etanol

Rojo Desde Violeta a azul pálido Verde Verde amarillento Verde azulado

3. Con extractos de  pétalos de ciclamen rojo, similar a los pétalos de rosa roja.

Se extrae con etanol absoluto, en frío, después de trocear los pétalos. Aproximadamente 25 g de pétalos con 50 mL de etanol). Se sigue el procedimiento habitual, obteniéndose la sucesión de figuras que se indica a continuación.

Fig.16

Fig.19

Como se aprecia en la sucesión de fotos (fig 16, 17, 18 y 19), existe una diferencia sustancial frente a la lombarda, y es que en medio fuertemente básico, el color es marrón oscuro, mientras que en medio débilmente básico aparece violeta pálido. La variación de colores con el pH se da en la siguiente tabla

Valores de pH

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Ciclamen/

etanol

Rojo pálido

Desde rosa a violeta  casi incoloro Marrón amarillento Marrón verdoso

4. Con extracto de fresas en etanol absoluto.

Siguiendo el procedimiento habitual de unir las gotas (fig.17 y 18), se observa que a pH bajos, toma color naranja, pero si es algo es amarillo, con tintes violáceos. Si los pH son intermedios casi no se aprecia cambio de color (fig 19 y 20).

Fig.20

Fig.23

5. Con tornasol (extracto de líquenes de los géneros Rocella, Variolaria y  Lecanora).

Los colores son muy débiles, en medio ácido tiende al rosa, y medio básico al azul grisáceo.

Fig.24

Fig.27

6. Extracto de amapolas

Operando como en casos anteriores, se obtiene la sucesión de figuras 28, 29 y 30

Fig.28

A través de las figuras anteriores se puede asegurar que este extracto acuoso,en medio ácido resulta incoloro, mientras que en medio básico aparece marrón.

[1]   El concepto de ácido según Partington, ya aparece en el manuscrito indio Rasarnava, 1200 años A.C. Las bases eran conocidas como álcalis, debido a que el mas conocido (carbonato potásico) se extraía de las cenizas de la  planta Kali (La primera referencia se da en la obra de Abu Mansur Monafir, siglo X d.C.). Existen referencias más antiguas, ya que en las tablas sumerias las cenizas vegetales eran conocidas como Te-Gaz. En el primer diccionario de Química publicado por Macquer en 1766, aparece como definición de los álcalis: sustancias que “vuelvenjarabe de violetas”.El término base, surge a mediados del siglo XVIII, y se debe al químico francés Rouelle, ya que eran la base de la formación de las sales al combinarse con los ácidos.

[2]   Escribe Robert Boyle:” Take good syrup of violeta, impregnated with he tincture of the flowers, drop a little or it upon a white paper (for by that means the change of colour will be more conspicuous, and the experiment may be practised in smaller quantities) and on this liquor let fall two o three drops of spirit, either of salt or vinegar or almost any other eminently acid liquor, and upon the mixture of these you shall find the syrup immediately turned red”.

[3]   Actualmente sería el desprendimiento de dióxido de carbono (antes gas silvestre, o gas fijo), cuando actúa sobre un carbonato.

[4]   El término tornasol, se conocía desde Plinio (I d.C.) y Dioscórides, aunque aplicado a determinadas plantas (heliotropo). Como colorante aparece mencionado en el “Art of Drawning”, de Peachan, publicado en 1606.El litmus, o littmose, aparece en uso desde 1518, derivado de lit (color) ymouse(aplicado a determinado tipo de plantas), por lo que vendría a ser un colorante extraído de plantas, como lo es en realidad.

[5]   Esta definición fue propuesta por Ostwald, en 1891, y publicada en 1894, en un contexto mucho mas amplio bajo el título:”Die wissenschaftlichen Grundlagen der analytischen Chemic”.

Colorantes del repollo colorado

Para extraer los colorantes del repollo colorado no necesitás alcohol; con agua es suficiente. En lugar de colocar los trozos en una taza o en un vaso, colocalos en un jarro o

una pequeña cacerola para poder calentarlos al fuego de una hornalla o calentador. Cortá una hoja de repollo colorado en trozos pequeños. Colocalos en el jarro y cubrilos con

agua. Herví las hojas durante dos minutos. Dejá enfriar y juntá el líquido coloreado en un frasco o tubo de ensayo rotulado “repollo”. La solución azul obtenida funcionará como

indicador. Para verificar que la solución actúa como indicador, agregá gotas al jugo de limón y al agua de cal y observá el color que adquiere en cada uno.

c) Un indicador en un laxante: la fenolftaleína

Algunos chicles laxantes contienen un indicador llamado fenolftaleína, que sólo tiene color en soluciones alcalinas. Podés extraer este indicador cortando algunos chicles en

trozos, colocándolos en un vaso y cubriéndolos con alcohol. Separá el líquido y guardalo en un frasquito rotulado “fenolftaleína”. Con el jugo de limón y el agua de cal ensayá

sus propiedades como indicador y anotá los colores que observás.

Introducción

El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias. La sigla significa "potencial de hidrógeno" (pondus Hydrogenii o potentia Hydrogenii; del latín pondus, n. = peso; potentia, f. = potencia; hydrogenium, n. = hidrógeno).

Se puede medir de forma aproximada el pH de una disolución empleando indicadores, ácidos o bases débiles que presentan diferente color según el pH. Generalmente se emplea papel indicador, que se trata de papel impregnado de una mezcla de indicadores cualitativos para la determinación del pH. El papel de litmus o papel tornasol es el indicador mejor conocido.

Un indicador químico es un ácido o base débil cuya forma disociada tiene diferente color que la forma sin disociar, ello es debido a que están formados por sistemas resonantes aromáticos, que pueden modificar la distribución de carga según la forma que adopten. Esta alteración por el desplazamiento hacia una forma más o menos disociada, hace que la absorción energética del sistema se modifique y con ello el color.

Objetivos:

• Comprobar que a partir de ciertas flores se pueden obtener indicadores ácido-base.

• Comprobar características ácidas o básicas de disoluciones de sustancias, mediante el uso de indicadores.

Materiales:

• Sustancias y utensilios del laboratorio:

• Alcohol

• Ácido clorhídrico

• Hidrxóxido de sodio

• Mortero

• Tubos de ensayo

• Gradilla

• Indicadores sintéticos (fenoftaleina, púrpura de bromocresol, anaranjado de metilo)

• Flores ( osa roja, cúrcuma, repollo morado, hibiscus)

Procedimiento experimental:

1. Triturar por separado pétalos de las rosas cúrcuma, hojas de col. Adicionar alchol y seguir triturando.

2. Depositar el líquido obtenido en cada caso en frascos con goteros y rotular.

3. Comprobar el comportamiento de los indicadores sintéticos y de los naturales con las disoluciones de ácido clorhídrico e hidróxido de sodio. Anotar los resultados en el cuadro.

Indicadores Disolución Acuosa Color

Rosa roja HCl

NaOH Rosa claro

Naranja cobre

Cúrcuma HCl

NaOH Amarillo

Anaranjado

Repollo morado HCl

NaOH Rojizo/morado

Amarillo verdoso

Hibiscus HCl

NaOH Rojo vino

turquesa

Fenolftaleina HCl

NaOH Incoloro

Violeta

Anaranjado de metilo HCl

NaOH Rojo

Amarillo

Púrpura de romocresol HCl

NaOH Amarillo

Azul

La rosa roja tiene el color rojo ya que éste refleja el cianuro que hay en la planta.

La cúrcuma tiene el color amarillo característico de ésta ya que posee curcumina.

La tonalidad de la col morada es debida a una especie de moléculas de origen natural llamadas antocianidinas

 

Conclusión

El pH se puede medir por distintos métodos. Incluso utilizando medios prácticamente caseros al igual que lo hemos hecho nosotras en el laboratorio. Se pueden usar indicadores tales como la cúrcuma o los pétalos de rosa roja.

Para indicar si una sustancia es ácida o básica se puede comprobar con uno de los métodos mencionados. Sólo se debe unir cada indicador con un ácido o una base y ver la reacción que tiene el indicador en cuanto al color, refiriéndonos a ver si cambia de color o si se mantiene igual.

1. Introducción

Con el repollo morado se puede hacer un sencillo experimento para demostrar que sirve como un indicador ácido base. Este experimento se puede realizar en casa con materiales de fácil consecución en el mercado y no es costoso. ¡Ideal como para una feria científica de la escuela!

   

  

Figura 1. Col o Repollo Morado

Antes de comenzar, la pregunta a hacerse es: ¿Que es un indicador?

Un indicador es una sustancia que permite medir el pH de un medio. Habitualmente, se utiliza como indicador sustancias químicas que cambia su color al cambiar el pH de la disolución. El cambio de color se debe a un cambio estructural inducido por la protonación o desprotonación de la especie. Los indicadores ácido-base tienen un intervalo de viraje de unas dos unidades de pH, en la que cambian la disolución en la que se encuentran de un color a otro, o de

una disolución incolora, a una coloreada. Además, el pH es una medida de la acidez o basicidad de una solución.

De las hojas de repollo morado se puede obtener un indicador para así diferenciar entre ácidos y bases

Los ácidos:

* Tienen un sabor picante

* Dan un color característico a los indicadores (ver más abajo)

* Reaccionan con los metales liberando hidrógeno

* Reaccionan con las bases en un proceso denominado neutralización en el que ambos pierden sus características.

Las bases:

* Tienen un sabor amargo

* Dan un color característico a los indicadores (distinto al de los ácidos)

* Se sienten jabonosas al tacto.

Atención: nunca deben probarse esta clase de sustancias

2. Parte experimental

2.1 Para elaborar el indicador tienes que hacer lo siguiente: 

a. Consigue un repollo morado, quítale algunas hojas y sepáralas en un tazón

b. Agrega las hojas de repollo morado a una olla, adiciona agua, enciende la estufa y deja que hierva por 10-15 minutos (mejor hasta que alcance los 100°C)

c. A medida que el agua se calienta, esta se irá tomando progresivamente un color violeta (proveniente de las hojas), entretanto, las hojas violetas se irán tornando verdes. Esto se debe a que el pigmento que da el color violeta es soluble en agua, sin embargo la clorofila-el color verde de las hojas-permanece porque no es soluble en agua. Espera hasta que el agua esté de color violeta y luego apaga la estufa. 

Otra forma de extraer el pigmento es sumergir las hojas de col machacadas en alcohol etílico o isopropílico (de botiquín) durante unos 15 minutos, aunque se recomienda la primera opción por que se obtiene mas rápidamente y en mayor proporción.

d. Deja enfriar la olla, a continuación, toma un embudo, pon un papel de filtro de cafetera sobre el embudo, pon otra olla o un vaso debajo del embudo y pasa la cocción violeta sin dejar que las hojas se caigan. Una vez se haya reunido todo el líquido morado, puedes desechar las hojas. 

En caso de haber obtenido mucho indicador, puedes conservarlo, eso si, combinándolo con unos 20 mL de alcohol etílico o isopropílico, ya que si se guarda el indicador que fue obtenido con ayuda del agua caliente, este se descompondrá por acción de microorganismos.

2.2 Comprobar que tipo de sustancias son ácidos o bases

En un vaso de plástico transparente, agrega 2 mL (o una cucharadita) de vinagre (ácido acético), agrega 5 mL (dos cucharadas) de agua y revuelve bien. Enseguida, con un gotero agrega 10 gotas del indicador de repollo violeta, agita un poco la mezcla y notarás que el vinagre adquiere una coloración rosada o roja, hecho que comprueba que el vinagre es un ácido.

En otro vaso transparente, agrega medio gramo de bicarbonato de soda-la punta de un cuchillo- (no confundir con el polvo para hornear), agrega dos cucharadas de agua, agita y revuelve bien. Enseguida, y con un gotero, adiciona 10 gotas del indicador de repollo violeta, agita la mezcla y en poco tiempo aparecerá un color verde en la solución, indicando que el bicarbonato de soda es una base.Repite los ensayos anteriores con el jugo de un limón o de una naranja, amoniaco, líquido lavaloza, ácido muriático (ácido clorhídrico), leche e identifica cuales de ellos son ácidos o bases dependiendo de la coloración que tome el indicador. 

2.3 Explicación Química:

Figura 2. Color que toma el indicador de repollo en medios ácido y básico, respectivamente

El repollo morado tiene como nombre cientifico Brassica oleracea , variedad capitata. Su color se debe a que además de clorofila tiene otros pigmentos sensibles a la acidez como la antocianina y otros flavonoides. Estos pigmentos son solubles en agua, en ácido acético, y en alcohol, pero no en aceite.

El color del pigmento en función de pH es:

Rojo intenso 2 (muy ácido), Rojo violáceo (rosa) 4, Violeta 6, Azul violeta 7 (neutro) , Azul 7.5, azul (agua marina) 9, Verde azulado 10, Verde intenso 12 (muy básico)

 Figura 3. Escala del indicador de repollo morado

Lo que sucede con el indicador de repollo es una simple reacción ácido base, es decir, cuando el jugo de repollo entra en contacto con ácidos, la estructura química del jugo de repollo adquiere una estructura y cuando el jugo de repollo entra en contacto con bases, adquiere otra.

En medio ácido el jugo de repollo (que es morado) se torna rojo por que los anillos de benceno (moléculas hexagonales con dobles enlaces internos) se conjugan;

mientras que en medio básico el jugo de repollo se torna verde o azul, por que la conjugación que existía se destruye, y por ende ya no va a exhibir coloración roja.

Figura 4. Estructuras del indicador de repollo morado en medio ácido y en medio básico, respectivamente 

2.4 Potencial de Hidrógeno (pH) y escala de pH

El pH es una medida de la cantidad de iones hidrogeno positivos, o hidronios (H+) en una solución

determinada. Este es un parámetro muy importante en Química y en las industrias cosmética,

alimentaria, farmaceútica, y en donde se requiera su uso

La escala de pH se maneja desde 1 hasta el 14, en donde los valores 1 a 6 indican acidez, el valor

de 7 es un punto neutro, y los valores desde 8 a 14 se consideran indicadores de basicidad

 

Figura 5. Escala de pH y ejemplos de sustancias comunes y su pH