Denís Paredes Roibás / José M.ª Gavira Vallejo
Un experimento análogo al de la botella azul pero más colorista se puede realizar con hidróxido de sodio, carmín de índigo y glucosa. Se obtiene un color cuando se agita la disolución y otro cuando se deja en reposo. La reacción conviene realizarla a temperatura de unos 50 oC o algo inferior, por lo que habrá que disponer de un calentador.
El experimento
Se vierten 20 mL de agua en un vaso de 100 mL. En otro vaso se vierten 70 mL de hidróxido de sodio 0,4 M. Se calienta esta disolución a 40–50 oC en un baño de agua. Disolver en un tercer vaso 2,5 g de D-glucosa en 10 mL de agua.
Agregar aproximadamente 0,02 g de colorante carmín de índigo a una botella o a un erlenmeyer de 250 mL con tapón.
Ahora se tendrán tres líquidos incoloros en vasos y una botella aparentemente vacía (lo cual predispone a plantear el experimento como truco de magia). Agregar el agua a la botella y agitar para disolver el colorante. Se formará una disolución azul. Añadir el hidróxido de sodio caliente; la disolución se volverá verde. Añadir finalmente la disolución de glucosa, que le dará un tono diferente de verde. (Si la disolución es más amarillenta que verde en esta etapa, agregar algunos cristales más de colorante hasta que el color sea verde).
Con la botella tapada, esperar un poco. El color verde cambiará primero a rojo y luego a amarillo. Si se agita brevemente el matraz, el líquido se volverá de color rojo; si se agita aún más se volverá verde. Si se deja reposar la botella, la disolución se volverá amarilla.
El proceso de agitado y reposo puede repetirse bastantes veces.
Explicación
Carmín de índigo
El carmín de índigo (sal disódica del ácido índigo-5,5′-disulfónico) actúa tanto como indicador de reacciones ácido-base como de reacciones rédox.
Su primera función se debe a que presenta varios colores a distintos pH. A pH 11,4 lo vemos de color azul, pero es amarillo por encima de pH 13. A pH intermedio es verde.
En cuanto a la segunda función, el carmín de índigo presenta colores diferentes (tres) según se encuentre oxidado o reducido, siendo estos estados reversibles. El oxígeno puede oxidar al carmín de índigo y la glucosa puede reducirlo.
Toda la variedad de colores en función del pH y de sus reacciones rédox con oxígeno y glucosa se puede representar así:
En general, el color de los indicadores de esta familia se debe a lo que se llama «cromóforo H»:
Las sustituciones en los anillos de benceno de estas moléculas no afectan demasiado el color. Su química rédox está muy vinculada al “corazón” de dicho cromóforo (la parte central en forma de H), produciéndose cambios de color significativos por pequeños cambios en los estados de oxidación de sus átomos.
Mecanismo
El mecanismo de la reacción es complicado. En condiciones alcalinas, la glucosa se ioniza y se tautomeriza al aldehído de cadena lineal y luego a un intermedio que resulta clave, un anión endiolato (el endiol es la agrupación de dos carbonos unidos por doble enlace, cada uno de los cuales tiene un grupo OH). Este anión puede reducir al colorante carmín de índigo formando un ceto-aldehído, la glucosulosa, en el proceso.
Agitar el matraz introduce oxígeno en la disolución, lo que reoxida al colorante a la forma verde, listo para repetir el proceso. Los aniones de hidroperóxido que esto produce pueden escindir al ceto-aldehído en presencia de un exceso de hidróxido para finalmente dar la sal de sodio del ácido arabinónico.
El experimento se puede hacer también a pH bajo (color azul) o a pH alto (amarillo). Si se mantiene el pH por debajo de 11,4, el color azul se convierte gradualmente en púrpura, rojo, naranja y finalmente amarillo. La agitación regenera el color azul.
La función del carmín de índigo es, parece ser, la misma que la del azul de metileno en el experimento de la botella azul: cataliza la oxidación de la glucosa, si bien no están claramente caracterizadas las estructuras de las especies reducidas.
Complemento y variantes
Para confirmar que el oxígeno es responsable del cambio de color, se puede burbujear nitrógeno a través de la disolución durante un par de minutos para desplazar al oxígeno del recipiente. Si se pone el tapón y se agita la botella, no se producirá ningún cambio de color. Si se reintroduce aire vertiendo la disolución en otro matraz y agitando, se restaurará el sistema. Se puede usar gas natural (en una campana extractora de humos) si no hay nitrógeno disponible.
Se puede utilizar resazurina en vez de carmín de índigo. La disolución inicial será azul. Una vez que la resazurina se reduzca por completo la disolución se volverá incolora y transparente (a los 10 minutos aproximadamente). Agitando tomará un color rosado y al dejarla reposar volverá a ser incolora. El ciclo puede repetirse bastantes veces, aunque el color rosado se verá cada vez menos vívido. La glucosa reduce irreversiblemente la resazurina a resorrufina. La molécula de resorrufina, roja, se reduce aún más (aunque esta vez de manera reversible) a dihidrorresorrufina, incolora. La dihidrorresorrufina puede oxidarse de nuevo a resorrufina (rosa) agitando o sacudiendo el matraz para introducir oxígeno del aire en la disolución.
Otra opción es usar fenosafranina, que es roja (rosada, a bajas concentraciones) cuando está oxidada e incolora cuando está reducida.
Un experimento interesante es usar una mezcla de colorantes. Por ejemplo, azul de metileno y fenosafranina (ciclo rosa, púrpura y azul) o carmín de índigo y resazurina.
Seguridad
Estos colorantes son tóxicos por inhalación. Evitar el contacto con los ojos o la piel, ya que puede causar irritación. El hidróxido de sodio es una base fuerte irritante y provoca quemaduras. Por lo tanto, usar guantes, bata de laboratorio y gafas.
Bibliografía
- D. Fleming. Beyond the ‘blue bottle’. Education in Chemistry, 2014. https://eic.rsc.org/exhibition-chemistry/beyond-the-blue-bottle/2000041.article.
- The ‘blue bottle’ experiment. Education (Royal Society of Chemistry / Nuffield Foundation). https://edu.rsc.org/experiments/the-blue-bottle-experiment/729.article.
- A. Helmenstine. Vanishing Valentine Chemistry Demonstration. Science Notes, 2018. https://sciencenotes.org/vanishing-valentine-chemistry-demonstration/
Imagen de cabecera: Yin may tun / Wikimedia Commons.
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/ .
