Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Muchos vegetales presentan una fuerte coloración debida a los pigmentos orgánicos que poseen y, en particular, a la estructura molecular de estos, que les permite absorber de forma específica determinadas longitudes de onda de la luz visible, lo que explica su color. Las estructuras moleculares de algunos pigmentos se alteran con el pH del medio, por lo que modificar este pH puede hacer que los pigmentos cambien de color. Este es el fundamento de los llamados indicadores ácido-base. En este experimento obtendremos extracto de col lombarda que puede servir de excelente indicador ácido-base.
El experimento
Para extraer el indicador ácido-base de la col lombarda simplemente se debe hervir esta como si se fuera a cocinar (de hecho, para no desperdiciar el alimento es recomendable extraer el indicador cuando realmente se esté cocinando col para consumirla). El agua irá tiñéndose de color violeta poco a poco. Cuanto más tiempo se cueza la col, más indicador se extraerá de ella.
Otra opción es obtener una tintura en lugar de hervir el vegetal. Para ello se deberá cortar la col en trocitos pequeños y agregar alcohol; tras esto se pueden machacar los trozos en un mortero añadiendo más alcohol si es necesario. Se irá obteniendo un extracto morado.
Independientemente del método usado, conviene filtrar la disolución para obtener un líquido sin restos del vegetal. Una vez listo el extracto, podrá usarse como indicador de pH. No es necesario buscar compuestos químicos de laboratorio para medir el pH de sus disoluciones. Aunque, por supuesto, se puede hacer, es perfectamente viable medir el pH de sustancias caseras como vinagre (de consumo o de limpieza), lejía, zumo de limón, vino blanco, agua fuerte, amoniaco de limpieza, agua de grifo, agua con gas, detergente disuelto en agua, etc. El líquido no debería tener un color tan acusado que impida ver el cambio de color cuando se le agregue el extracto.
Se pueden añadir unas gotas del extracto de col a cada uno de estos líquidos o proceder al revés: añadir el líquido al extracto de col. De hecho, cuando se está comiendo col lombarda cocida, si se le añade zumo de limón para condimentarla podrá observarse que en el lugar donde cae el limón la col cambia ligeramente de color.
Se pueden hacer pruebas de neutralización, por ejemplo de vinagre con amoniaco, midiendo el pH de los reactivos antes de mezclarlo y después el del producto (acetato de amonio).
Fundamentos
El pH
Como es sabido, el pH es una medida de la acidez o basicidad de una disolución acuosa, definiéndose así:
donde [H3O+] es la concentración de iones oxidanio. (Para ser rigurosos, en la fórmula debería emplearse la actividad de estos iones, pero en disoluciones diluidas la concentración es aproximadamente igual a la actividad).
Normalmente, los valores de pH de la mayoría de las disoluciones con las que se trabaja en los laboratorios quedan entre 0 y 14, pero pueden ser negativos y mayores que 14 en los casos de ácidos y bases fuertes muy concentrados, respectivamente. En la siguiente figura podemos ver los valores de pH de diferentes sustancias de uso común o fisiológicas.
Para medir de forma precisa el pH se necesita un instrumento llamado potenciómetro o pehachímetro que se basa en la medida de la diferencia de potencial entre dos electrodos (uno de referencia y otro de membrana de vidrio que es sensible a la concentración de iones oxidanio). Pero esta variable también se puede medir de forma aproximada con indicadores, que son ácidos o bases débiles que presentan diferente color según el pH.
La forma más sencilla de usar los indicadores es impregnar con ellos un papel que se introduce en la disolución cuyo pH se quiere medir. Si se utiliza una mezcla de indicadores, entonces tenemos un indicador universal. El más utilizado es el tornasol. Este experimento permite demostrar que el extracto de col lombarda, repollo morado o col morada (Brassica oleracea) puede servir de indicador universal de pH.
Los colores de los vegatales
El color de numerosos vegetales y frutas se debe a unas sustancias llamadas antocianinas, nombre que fue acuñado en 1927 por el farmacéutico alemán Adolf Lewandoski para denominar al pigmento azul que destaca en la col lombarda. Antocianina quiere decir en griego flor azul, pero hay antocianinas de muy diversos colores (rojo, púrpura…). Estos pigmentos dan bellas tonalidadades a las hojas, flores y frutos de los vegetales que los contienen. Se encuentran en las vacuolas de las células y son hidrosolubles. Pertenecen a una familia química más amplia: los flavonoides.
Químicamente, las antocianinas derivan de las antocianidinas. Aquellas son glucósidos de estas; es decir, las antocianinas consisten en la unión de una antocianidina y un azúcar. Pero la parte de la molécula que da color a la planta es la antocianidina, y ello es así porque tiene la estructura aromática de dobles enlaces conjugados que se muestra a continuación, gracias a la cual absorbe radiación visible y transmite o refleja la radiación complementaria, que es el color que venos (esta propiedad de interacción con la radiación le sirve a la planta para protegerse de la luz UV).
Dependiendo de la naturaleza de los grupos R tenemos muchas antocianidinas. En la siguiente tabla se listan algunas:
El color y el pH
Hemos dicho que estas sustancias presentan un color, pero en realidad su color depende del pH. A valores de pH muy bajos (gran concentración de protones en el medio) la antocianidina se puede protonar, lo que afecta a la distribución atómica y electrónica en su sistema aromático y, por consiguiente, altera las propiedades de absorción de luz. La consecuencia es que normalmente una antocianidina presenta un color a pH muy bajo (especie protonada) y otro a pH alto debido a que se forma la especie desprotonada. Esta propiedad convierte a las antocianidinas en indicadores de pH.
Pero es más: algunas antocianidinas no solo pueden tener dos colores en función del pH, sino tres, cuatro y más. Esto se debe a que la protonación no tiene por qué consistir solamente en captar un protón, sino que sencuencialmente pueden tomarse varios, y además se pueden dar otros efectos a valores altos de pH relacionados con la especie OH– más que con el protón.
Cabe decir, pues, que en general una molécula puede tener estructuras atómicas y electrónicas ligeramente distintas con diferetes propiedades de interacción con la radiación electromagnética en función de la concentración de protones. Para ilustrarlo, la siguiente figura muestra todas las formas y colores que puede presentar en función del pH una de las sustancias de la familia, la cianidina:
La col lombarda contiene cianidina, pero también otros muchos pigmentos que cambian de color con la acidez o basicidad del medio, lo que explica la gran variedad de colores que presentan los extractos de este vegetal según el pH. Se resume de manera aproximada (y algo exagerada, ya que las diferencias no son tan nítidas cuando se hace el experimento) en la siguiente figura:
Seguridad
Si se usa la tintura como indicador debe tenerse en cuenta que el alcohol puede reaccionar con distintos productos domésticos como la lejía, el agua fuerte o salfumán (HCl) o el amoniaco. Y si se hacen pruebas de neutralización no debería emplearse nunca la lejía porque reacciona con varios productos domésticos produciendo cloro, que es tóxico.
No obstante, no es de esperar ningún efecto adverso serio en este experimento porque solo se necesitan pequeños volúmenes del extracto para hacer cada medida de pH y también pequeñas cantidades de las sustancias cuyo pH se va a medir.
Referencias
- El experimento en el canal de YouTube de Química Insólita.
- Making a pH indicator. Learn Chemistry (Royal Society of Chemistry) 2016. https://edu.rsc.org/resources/making-a-ph-indicator/422.article
- Antocianina. Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/Antocianina
- Anthocyanidin. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Anthocyanidin.
- Red cabbage pH indicator. University College London. http://www.ucl.ac.uk/chemsea/experiments.php?exp_n=1.
- H. E. Khoo et al. Anthocyanidins and anthocyanins: colored pigments as food, pharmaceutical ingredients, and the potential health benefits. Food & Nutrition Research 2017, 61, 1361779. DOI: 10.1080/16546628.2017.1361779.
- W. Wiczkowski et al. Changes in the content and composition of anthocyanins in red cabbage and its antioxidant capacity during fermentation. Food Chem. 2015, 15, 167:115-23. DOI: 10.1016/j.foodchem.2014.06.087.
Imagen de las formas químicas de la cianidina: Cyanidin – Farbstoff pH-Abhaengigkeit.jpg. Wikimedia Commons, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:Cyanidin_-_Farbstoff_pH-Abhaengigkeit.jpg&oldid=475643825.
Este experimento pertenece al libro:
Denís Paredes Roibás, José M.ª Gavira Vallejo: 125 experimentos de química insólita para la Enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/125eqi/ .
