sábado, 22 de agosto de 2015

Indicadores de pH

Un indicador de pH es una sustancia que permite medir el pH de un medio. Habitualmente, se utilizan como indicador de las sustancias químicas que cambian 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 una unidad arriba y otra abajo 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.
Los más conocidos son el naranja de metilo, que vira en el intervalo de pH 3,1 - 4,4, de color rojo a naranja, y la fenolftaleína, que varía desde un pH 8 hasta un pH 10, transformando disoluciones incoloras en disoluciones con colores rosados / violetas. Además se pueden usar indicadores caseros como la disolución resultante de hervir con agua col lombarda (repollo colorado), pétalos de rosa roja, raíces de cúrcuma a partir de las cuales se obtiene curcumina, y otros(entre los cuales podemos destacar al repollado morado y la piel de ciruela, que son usadas por algunas culturas indígenas).


El repollo morado como indicador natural de pH

Resumen:
Se verificará si el jugo de repollo morado puede ser utilizado como indicador de pH natural, detectando sustancias básicas, ácidas o neutras, en ciertos compuestos.

Introducción

Objetivos:
•          Determinar cómo actúa el indicador de pH del repollo morado.
•       Determinar, a través del uso del repollo morado como indicador, el carácter (ácido, base o neutro) del vinagre de alcohol (CH3-COOH), el bicarbonato de sodio, el agua (H2O), la leche, el champú, la lavandina (Hipoclorito de Calcio) y el desengrasante (limpiador liquido) .

Conceptos claves:

Sustancias ácidas: Sustancias que en solución acuosa se disocian para liberar iones Hidrógeno
Sustancias bases: Sustancias que en solución acuosa se disocian y dan iones hidróxido
pH: (potencial de hidrógeno) es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidronio [H3O+] presentes en determinadas sustancias. La sigla significa "potencial de hidrógeno". Este término fue acuñado por el químico danés Sörensen, quien lo definió como el logaritmo negativo en base 10 de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es:
La escala de pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7 (el valor del exponente de la concentración es mayor, porque hay más iones en la disolución), y alcalinas las que tienen pH mayores a 7. El pH = 7 indica la neutralidad de la disolución (cuando el disolvente es agua).
Indicador de pH: es una sustancia que permite medir el pH de un medio. Habitualmente, se utilizan como indicador de las sustancias químicas que cambian 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.
Los más conocidos son el naranja de metilo, que vira en el intervalo de pH 3,1 - 4,4, de color rojo a naranja, y la fenolftaleína, que vira desde un pH 8 hasta un pH 10, transformando disoluciones incoloras en disoluciones con colores rosados / violetas. Además se pueden usar indicadores caseros como la disolución resultante de hervir con agua col lombarda (repollo colorado), pétalos de rosa roja, raíces de cúrcuma a partir de las cuales se obtiene curcumina, y otros(entre los cuales podemos destacar a la col morada y la piel de ciruela, que son usadas por algunas culturas indígenas).
Los indicadores de pH tienen una constante de protonación, que informa sobre el desplazamiento de la reacción de protonación de la forma básica del indicador.
Se dice que el cambio de color de un indicador es apreciable cuando la concentración de la forma ácida o de la forma básica es superior o igual a 10 veces la concentración de la forma básica o la forma ácida respectivamente.

El indicador que más nos interesa es el del repollo colorado, puesto que es el que utilizaremos en la experimentación, junto con el vinagre, el bicarbonato de sodio, el agua, el champú, la lavandina y el desengrasante. Conozcamos más sobre estos compuestos y materiales.

Repollo morado: Es una variedad de col en la que las hojas poseen un color violáceo característico, su color se debe a la presencia de un pigmento llamado antocianina. La fuerza de este color puede depender en gran medida de la acidez (pH) del suelo, las hojas crecen más rojas en suelos de carácter ácido mientras que en los alcalinos son más azules.

Composición química de la lombarda

Agua 91%
Hidratos de carbono 5% (fibra 1%)
Proteínas 2, 6%
Lípidos 0,2%
Potasio 210 mg/100 g
Sodio 28 mg/100 g
Fósforo 23 mg/100 g
Calcio 42 mg/100 g
Hierro 5 mg/100 g
Vitamina C 46 mg/100 g
Vitamina A 6 mg/100 g
Baja en calorías. Rica en compuestos de azufre, vitamina C y ácido cítrico. Aporta mucha fibra lo que le confiere propiedades laxantes. Fuente importante de antioxidantes.

Uso
En comidas, y a veces se suele emplear como indicador del pH natural.

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)

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 lo que la conjugación que existía se destruye, y por ende ya no va a exhibir coloración roja.

Bicarbonato de sodio: (también llamado bicarbonato sódico, hidrogenocarbonato de sodio o carbonato ácido de sodio) es un compuesto sólido cristalino de color blanco muy soluble en agua, con un ligero sabor alcalino parecido al del carbonato de sodio, de fórmula NaHCO3. Se puede encontrar como mineral en la naturaleza o se puede producir artificialmente.
Cuando se expone a un ácido moderadamente fuerte se descompone en dióxido de carbono y agua.
La reacción es la siguiente:
•          NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2 (gas)

•          NaHCO3 + CH3COOH CH3COONa + H2O + CO2 (gas)

Vinagre  o ácido acético:(del latín vinum acre, "vino agrio") es un líquido miscible en agua, con sabor agrio, que proviene de la fermentación acética del vino y manzana (mediante las bacteriasMycoderma aceti). El vinagre contiene una concentración que va de 3% al 5% de ácido acético en agua. Los vinagres naturales también contienen pequeñas cantidades de ácido tartárico y ácido cítrico.

El ácido acético, ácido metilencarboxílico o ácido etanoico, se puede encontrar en forma de ion acetato. Éste es un ácido que se encuentra en el vinagre, siendo el principal responsable de su sabor y olor agrios. Su fórmula es CH3-COOH (C2H4O2). De acuerdo con la IUPAC se denomina sistemáticamente ácido etanoico.

Agua: está formada por dos átomos de hidrógeno (H) y un átomo de oxígeno (O) unidos mediante dos enlaces covalentes, de manera que la molécula tiene una forma triangular plana. Es decir, los átomos de hidrógeno (H) y oxígeno (O) están separados entre sí, formando un ángulo de 104,45 °  aproximadamente. Además, se comporta como un dipolo, es decir, tiene dos regiones con una cierta carga eléctrica, una de ellas es positiva y la otra negativa. Esto se debe a que los átomos de hidrógeno (H) y de oxígeno (O), presentan distinta electronegatividad.

Leche: es una secreción nutritiva de color blanquecino opaco, producida por las glándulas mamarias de las hembras. La leche, presenta características como:
Densidad: Esta comprendida entre un mínimo: 1,028 g/ml, y un máximo: 1,033 g/ml, a 15ºC.
La leche fresca es neutra al tornasol. Cuando envejece o está mal conservada aumenta su acidez. La valoración de la misma se consigue agregando, gota a gota, solución de hidróxido de sodio: NaOH, de concentración conocida, dentro de 10 mililitros de leche hasta que la fenolftaleína adquiera color rojo.
La leche está compuesta por:
Agua: La leche es 90% de agua, lo que hace al agua el más importante componente de la leche.
Proteína: La leche contiene entre 3 y 4 % de proteína, dependiendo en la raza de la vaca.  Leche con mucha grasa también tiene mucha proteína, y viceversa.
Grasa: La grasa está entre 3.5 y 5.25%, dependiendo en la raza de la vaca y su nivel de nutrición.  La grasa da a la leche un color amarillo, cuando esta cuenta con poco contenido graso entonces se torna más blanca
Lactosa: La lactosa es “el azúcar” de la leche y está presente en un 5%, da a la leche su sabor dulce y forma el 52% de los sólidos en leche.
Vitaminas y Minerales:
Vitamina A: Protege contra enfermedades y mantiene la piel.
Vitamina D: Ayuda a absorber el calcio.
Calcio: Regula el corazón, ayuda a los nervios, y hace huesos y dientes fuerte

Champú: son elaboraciones tensoactivas para la piel y el cabello en base a sulfatos de alcoholes grasos, que sirven para quitar la suciedad y enfermedades preocupantes del cabello y del cuero cabelludo. Un champú eficiente preparado contiene alrededor de 12 ingredientes.
La composición actual del champú es: surfactantes anfotéricos y catiónicos, conservantes, colorantes certificados, fragancias y agua (H2O). Si bien, es cierto que el pH 7 es el punto neutro en un medio acuoso, el pH más adecuado para un champú para el cabello y para el contacto con la piel es de 5.5 (ligeramente ácido). Esto se debe  a que las proteínas de la piel contienen  grupos ácidos y básicos. Las proteínas son menos propensas a hidratarse, hincharse  y perjudicarse a su pH isoeléctrico  (valor en que se neutralizan sus propios grupos ácidos y básicos)  en el cual presentan su mínima solubilidad en agua (H2O).  
Lavandina: también llamada, hipoclorito de sodio o hipoclorito sódico (cuya disolución en agua es conocida popularmente como agua lavandina, cloro, lejía, agua de javel, o blanqueador), es un compuesto químico fuertemente oxidante. Su fórmula es: NaClO.
Contiene el Cloro (Cl) en estado de oxidación +1 y por lo tanto es un oxidante fuerte y económico. Debido a esta característica destruye muchos colorantes por lo que se utiliza como blanqueador. Además se aprovechan sus propiedades desinfectantes.
En disolución acuosa sólo es estable a pH básico. Al acidular en presencia de Cloruro libera Cloro elemental, que en condiciones normales se combina para formar el gas dicloro, tóxico. Por esto, se debe alejar de cualquier ácido.

Desengrasantes: o detergentes son productos químicos sintéticos de acción limpiadora que suelen utilizarse como sustitutos de los jabones.
Los detergentes tienen en su molécula un extremo iónico soluble en agua y otro extremo no polar que desplaza a los aceites, tienen la ventaja, sobre los jabones, de formar sulfatos de calcio y de magnesio solubles en agua, por lo que no forman coágulos al usarlos con aguas duras. Además como el ácido correspondiente de los sulfatos ácidos de alquilo es fuerte, sus sales (detergentes) son neutras en agua, por lo tanto tienen pH neutro, con lo cual, no dañan la piel.

Desarrollo:

Hipótesis

1.- Creemos que el jugo de repollo morado (que es un indicador de pH) en un medio ácido, se tornará rojo; en un medio básico se tornará verde y si el medio es neutro, no cambiará de color.
2.- Suponemos que, en contacto con el vinagre de alcohol (ácido), se tornará rojo; con el bicarbonato de sodio (base), se tornará verde y con el agua (H2O) (neutra), no se observarán cambios.
3.- Además, suponemos que, el jugo de repollo en contacto con la leche y el champú, no cambiarán de color; en contacto con la lavandina, si es un ácido cambiará a verde y si es una base cambiará a rojo o amarillo; y tomando contacto con el detergente (base) su color será  naranja o no cambiará de color.

Experimentación con el indicador de pH del repollo morado

Materiales y reactivos necesarios:
•       Repollo morado
•       Agua
•       2 recipientes de  plástico
•       1 colador
•       Cucharas
•       1 cuchillo
•       Bicarbonato de sodio
•       Vinagre de alcohol
•       Frascos de vidrio
•       Lavandina (hipoclorito de sodio)
•       Leche
•       Detergente
•       Champú
•       Cocina
•       Olla
•       Vaso

Procedimiento

Paso 1: Cortamos el repollo morado en rodajas finas y lo colocamos en un recipiente plástico.
Paso 2: Colocamos el agua en una olla, y en el fuego hasta que hierva.
Paso 3:  Una vez que el agua hirvió, la volcamos en el recipiente que contenía las rodajas del repollo morado, y luego lo tapamos. Al cabo de unos minutos, observamos cómo el agua se torna color violeta oscuro.
Paso 4: Colamos el agua con las rodajas de repollo morado, obteniendo así  solo el líquido de color violeta oscuro. Lo dejamos enfriar unos minutos.
Paso 5: Preparamos los frascos, y colocamos en cada uno de  ellos   del líquido violeta oscuro obtenido anteriormente.
Paso 6: En  uno de los frascos, colocamos una cucharadita de bicarbonato de sodio, dónde observamos los cambios.
Paso 7: En un segundo frasco colocamos una cucharadita de vinagre, y observamos los cambios.
Paso 8: En un tercer frasco colocamos un poquito de agua, y no observamos ningún cambio.
Paso 9: En un cuarto frasco, colocamos unas gotas de leche. Observamos los cambios.
Paso 10: En un quinto frasco, colocamos champú. Observamos los cambios.
Paso 11: En un sexto frasco, colocamos una cucharada de lavandina. Observamos los cambios.
Paso 12: Por último, colocamos en otro frasco una cucharada de detergente. Observamos los cambios.

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