Explicación de cómo funciona el indicador de pH a base del extracto del repollo morado

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Saludos amigos de Hive, especialmente a todos los miembros de la comunidad de Stem-espanol.

Quizás hayamos visto en la web o alguna feria de ciencia esta experiencia, donde a partir del extracto del repollo morado se puede medir cualitativamente el pH de las sustancias ácidas o básicas; pero ¿sabemos por qué funciona el extracto de este vegetal como un indicador de pH? Permítanme tratar de explicarles con este post la respuesta.

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Figura 1. El repollo morado como indicador de pH casero. Fuente: @emiliomoron.

Hace unos días mientras organizaba la idea para un post mi hijo se acerca y me dice que él también quiere hacer un experimento. Pensando en cosas sencillas que el pudiera manipular se me ocurrió hacer un indicador de pH casero con el extracto de las hojas del repollo morado, y que se divirtiera un rato observando el cambio de color en diferentes soluciones, eso me motivo a hacer un video y compartirlo utilizando la plataforma 3Speak, algo que ya tenía intenciones de probar. Aquí les dejo el enlace al video.


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▶️ Ver en 3Speak, ver en Hive

En la web podemos encontrar algunos experimentos relacionados con el uso del repollo morado como indicador de pH. Pero he tratado de hacer este video más completo y con un toque personal, y con esta publicación trato de explicar cómo es que funciona el repollo morado como indicador. Espero les guste el video.

Entonces, como hemos visto el extracto del repollo morado sirve como indicador gracias a su contenido de antocianinas.

Ahora bien, ¿por qué podemos utilizar las antocianinas como indicadores de pH?

Las antocianinas son pigmentos responsables de otorgarle a diversas frutas, vegetales y plantas una amplia gama de colores que van desde el purpura, azul hasta el rojo. Estos pigmentos representan el grupo más importante de pigmentos hidrosolubles cuyo color es detectables en la región visible del espectro de luz. Estos pigmentos alojados en las vacuolas de las células vegetales son glucosidos de las antocianidinas, y pertenecen a la familia de los flavonoides; por lo que están constituidos de una molécula de antocianidina unida a una molécula de azúcar[1].

Estructuralmente están formadas de dos anillos aromáticos unidos mediante una cadena de tres átomos de carbono. En la figura 2 podemos observar la estructura general de las antiocianidinas.

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Figura 2. Estructura general de las antiocianidinas. Fuente: Wikipedia.com, imagen de dominio público.

El color que aportan las antocianinas en condiciones normales se debe a la cantidad y orientación de los grupos hidroxilos y metoxilos en la molécula. Cuando hay mayor cantidad de los primeros se produce desplazamientos en la molécula que absorben la luz en el espectro de los 520 nm, haciendo que prevalezcan tonalidades entre purpuras y azules, mientras que un aumento de los grupos metoxilos producen desplazamientos de la molécula hacia tonalidades rojas.

Por ejemplo, si se ocupan todas las posiciones de los radicales con grupos funcionales, excepto las posiciones R1 y R3, como se muestra en la figura 3; se obtendrá la molécula conocida como delfinidina si R1 y R3 son ocupados por grupos OH, una antocianina que exhibe el color azul, pero si las posiciones R1 y R3 son sustituidas por grupos H se obtiene la pelargonidina, la cual es la responsable de exhibir el color rojo claro. En la siguiente imagen podemos observar algunas sustituciones de los radicales R1 y R3 que generan cinco antocianinas diferentes según el grado de acidez.

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Figura 3. Colores obtenidos en algunas antiocianidinas mediante el cambio de un par de sustituyentes. Fuente: @emiliomoron, imagen original de la molécula wikipedia.com.

Estos desplazamientos son influenciados por varios aspectos, como el grado de oxidación, la fuerza iónica y a la acidez del medio[1]. Especialmente esto último es lo que hemos puesto a prueba.

¿Cómo influye el pH?

En el caso de soluciones acuosas con valores de pH muy bajos, como la utilizada con el limpiador de baños cuyo ingrediente activo es el ácido clorhídrico, por lo que es muy acida, el pigmento se encuentra en su forma más estable o de catión flavilio (ver figura 4) exhibiendo el color rojo intenso.

Mientras que, debido a la adición de agua al catión flavilio se da lugar a un equilibrio con la forma denominada pseudobase carbinol, la cual es una forma incolora y bastante inestable, por lo que con ácidos más débiles (como en el vinagre) observamos que el tono rojo es mucho menos intenso[2]. Entonces, en este proceso con la entrada de una molécula de agua se produce el ataque nucleófilo del ion hidroxilo del agua al catión flavilio, lo que neutraliza la carga y produce la desaparición del color.

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Figura 4. Equilibrios entre varias formas de antiocianidinas en función del pH. Fuente: @emiliomoron.

Mientras que a valores de pH más altos ocurre una modificación de la estructura electrónica por la pérdida del protón, hasta llegar a la forma conocida como base quinoidal, la cual exhibe un color purpura. La que corresponde a la forma visible a un pH cercano al neutro. Lo que sucede al agregar la base débil derivada de la disolución del bicarbonato de sodio.

Por otro lado, mediante un mecanismo parecido, la pseudobase carbinol puede transformarse en la forma denominada calcona a un pH mayor a 7, estableciendo un equilibrio entre los isómeros cis y trans de la molécula, que adopta un color amarillo[3], mientras más alcalino sea el medio. Lo que ocurre cuando se agrega el destapa cañerías.

En conclusión

El cambio de color producido en el indicador de repollo morado se debe a la presencia de los pigmentos naturales conocidos como antocianinas. Estos pigmentos son sensibles a los cambios de pH, por lo que su estructura se modifica fácilmente produciendo diferentes formas bioactivas que absorben luz en diferentes espectros de onda, dejando ver diferentes matices según la acidez del medio, lo que nos ha permitido elaborar un divertido experimento donde podemos dejar en evidencia la funcionalidad de estos pigmentos y a su vez, el carácter ácido o básico de algunas sustancias de uso común en el hogar, siendo una grata experiencia para los niños, o un excelente proyecto para una feria de ciencia escolar. En la siguiente imagen resumo los colores obtenidos según el medio.

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Figura 5. Los colores que se obtienen al utilizar el extracto del repollo morado como indicador de pH. Fuente: @emiliomoron.

Atención

Para la experiencia he utilizado soluciones diluidas de las sustancias utilizadas como limpiador de inodoros y destapa cañerías ya que son productos fuertemente ácidos y alcalinos respectivamente, por tanto deben utilizarse con las debidas normas de seguridad. Estas las he usado con fines únicamente demostrativos; para nuestros niños en casa se pueden utilizar soluciones de sustancias menos fuertes como el jugo de limón, el vinagre, polvo de hornear, antiácidos y detergentes.

Referencias

  1. Wikipedia.com. Antocianina.
  2. Guarnizo, A. Martinez, P. (2009). Experimentos de química orgánica. Ediciones Elizcom
  3. Furtado P., Figuereido P., Chaves H., Pina F.: «Phtochemical and termal degradation of anthocyanidins». J Photochem Photobiol A Chem 1993; 75: 113-8.

Las formulas y estructuras indicadas químicas fueron elaboradas por el autor en Microsoft Power Point.


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Realmente aprecio tus publicaciones. ¿Alguna vez ha pensado en comenzar a escribir en inglés también?
Gracias por compartir, nos vemos la próxima vez!

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Hola @delilhavores, muchas gracias por apreciarlas, me alegra que te gusten. He realizado algunas contribuciones en inglés, pero sobre ciencia hace algún tiempo que no lo hago, espero poder compartir algo pronto. Gracias a ti por pasar a leer, espero te guste la próxima, nos vemos.

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¡Te entiendo! Es una sugerencia para obtener una audiencia más amplia. ¡Tus publicaciones están muy bien escritas! Hola

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Vale, la tendré en cuenta, muchas gracias

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Saludos @emiliomoron. Inicialmente vi el video y ahora leyendo aquí es interesante, además de la explicación, el dejar disponible el patrón de colores en función del pH utilizando como indicador antocianinas del repollo morado, para que cualquier persona pueda comparar cualquier disolución acuosa de un producto en casa, realizando la experiencia. Éxitos.

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Saludos estimado @capp. Me alegra que encontraras interesante el video y la explicación, espero que para quién lo ponga en práctica en casa el patrón de colores le sirva de orientación para estimar el pH de las soluciones. Gracias por leer y dejar tu comentario. Nos seguimos leyendo.

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Magistral experimento el mostrado en tu vídeo en relación a un indicador de pH casero con repollo morado, en donde, nos muestras como determinar el grado de acides de sustancias que tenemos en nuestros hogares como agua, vinagre, destapador de cañería, solución de bicarbonato y limpiador de baño, en tal experiencia pudimos claramente observar diferentes coloraciones dependiendo del grado de acides de los mismos, una excepcional experiencia científica-educativa amigo @emiliomoron de mucho valor para todos nosotros, gracias por compartir estos tipos de videos y escritos con nosotros en stem-espanol, para mí fue un placer visitar tu publicación, nos seguimos leyendo y un saludo fraterno, muchos éxitos.
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Saludos @rbalzan79, me alegra que te haya gustado el video, realmente espero que sirva como experiencia educativa, en especial en este momento que los jovenes estan buscando recursos por internet. Muchas gracias a ti por pasar a leer y compartir tu impresión sobre el post, nos estamos leyendo, saludos!

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Excelente iniciativa y muy innovadora el de poder mostrarnos temas relacionados a la química, en este caso el indicador de PH mediante un experimento casero, del cual se puede aprender muchos aspectos interesantes.

Saludos @emiliomoron y gracias por compartir

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Saludos estimado @carlos84. Muchas gracias por tu pareciación, se puede aprender mucho realizando este experimento casero, en especial sobre el tema del pH de las soluciones. Gracias por leer y dejar tu comentario.

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Excelente material, lo tendré en cuenta! Este es uno de los experimentos más llamativos e impresionantes que se pueden hacer con reactivos de fácil obtención. Espero poder realizar alguna de estas demostraciones pronto en el servicio comunitario. Saludos!

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