Obtención de indicadores ácido – base a partir de sustancias naturales

Autores: Ing. Marco Ferrufino, Do Rosario Lima Adilia Helena, Ledezma Azad Nair Cristina, León Montaño Carmen Julia. Universidad del Valle de Cochabamba, Bolivia

Resumen

El presente artículo científico es el producto de la investigación acerca de la elaboración de indicadores ácido-base a partir de sustancias naturales como son los vegetales, con los objetivos de elaborar indicadores naturales para determinar las variaciones de pH en diferentes soluciones ácido–básicas, sin la necesidad de utilizar indicadores sintéticos, así como también determinar si se logra los rangos de pH a través de dichos indicadores encontrados, además de realizar una comprobación de las variaciones de pH de las diferentes soluciones.

En los resultados obtenidos, se observó que los indicadores elaborados varían entre los colores: rosa suave, verde, amarillo, café suave, incoloro, calipso, fucsia y crema y, además, que los valores de pH -responsables de estas variaciones- oscilan entre 1.45 (el valor más bajo y, por lo tanto, el más ácido) y 8 (valor más alto y, por lo tanto, el más básico).

Palabras claves: Titulación ácido–base, Pigmentos Vegetales, pH, Indicador ácido–base

Introducción

Un indicador se usa para indicación visual del pH de una solución. Se encuentra presente en la solución en concentraciones tan bajas que no afectan el pH de la misma. El color de las soluciones que los contienen presenta variaciones; en medio ácido, presenta un color, mientras que en un medio básico, la misma solución muestra otro color diferente (1).

La presente investigación científica ha sido realizada desde el inicio hasta su conclusión, durante los meses de marzo de 2009 hasta junio de 2009.

De los indicadores ácido–base existentes y utilizados en los laboratorios, se destacan los denominados Indicadores Sintéticos. Éstos son productos industrializados, elaborados por grandes empresas y su costo es un tanto elevado. Si bien estos indicadores permiten que los trabajos realizados con éstos sean más rápidos y, de cierta forma, influyan en la disminución de la utilización de los demás materiales usados en titulaciones ácido–base, los Indicadores Sintéticos no se encuentran a disposición de todas las personas interesadas en realizar estudios y experimentos referentes al tema. Por otro lado, están los Indicadores Naturales cuya obtención casera es bastante económica y utiliza métodos de extracción bastante sencillos.

Los indicadores ácido–base resultan de difícil acceso para las personas interesadas en realizar prácticas, debido a condiciones económicas. Se ve entonces la necesidad de efectuar esta investigación científica con una significación práctica de brindar factibilidad y utilidad de nuevos conocimientos, naciente de una curiosidad que a su vez logra de cierta forma el avance de la ciencia y contribuye también, de manera más apacible, en el aspecto socioeconómico de las personas.

Marco conceptual

• Indicadores ácido-base: "Los indicadores ácido-base son ácidos o bases orgánicos débiles que pueden usarse para detectar el punto de equivalencia en una reacción de neutralización ácido–base, en virtud de que sus formas ionizadas y no ionizadas presentan colores diferentes" (2).>

• Indicador natural: Los indicadores ácido–base naturales son aquéllos extraídos directamente de fuentes vegetales, como ser los pétalos de las flores mediante medios de extracción casera como la infusión (3).

• pH: "La concentración molar de H+ (ac) en una disolución acuosa es por lo común muy pequeña. En consecuencia, y por comodidad, [H+] se expresa habitualmente en términos del pH, que es el logaritmo negativo de base 10 de [H+]" (4).

• Titulación: "Cuando se agrega una base poco a poco a una solución de un ácido, el pH de la solución aumenta con cada adición de la base. Cuando se hace la gráfica del pH contra la cantidad de base agregada, el aumento más notable ocurre en el punto de equivalencia, cuando el ácido ha sido exactamente neutralizado. Esta región de máximo ascenso se conoce como Punto Final, y el proceso completo de la adición de la base y la determinación del punto final se llama Titulación" (5).

• Flavonoides: "Los flavonoides son pigmentos vegetales que poseen un esqueleto carbonado C6-C3-C6 como se encuentra en la flavonona, aurona, chalcona, flavona, flavanonol, flavonol, flavandiol – 3, 4 (Leucoantocianidina), antocianidina, catequina, isoflavona y neoflavona" (6). "Si los pétalos blancos de una flor se ponen amarillos en presencia de vapores de amoniaco, deben contener flavonas y/o flavonoides. Las charconas y las auronas se viran de amarillo a rojo. Los pétalos contienen antocianinasa viran a rojo intenso en presencia de amoniaco. Los extractos acuosos de pigmentos también muestran variaciones en color cuando se les adiciona un álcali, las flaconas, y los flavonoles se ponen amarillos, las flaconas e isoflavonas varían de diversos tonos de rojo, las charconas a púrpura rojizo, las flavoles a café-anaranjado y las antocianinas a azul" (7).

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 (3).

FUENTES PRIMARIAS

Observación: Se recoge información descriptiva –de primera mano- acerca de los factores que inciden en la elaboración de indicadores naturales.

FUENTES SECUNDARIAS

• Textos impresos y virtuales.

• Lista de Cotejo: Herramienta impresa utilizada para la confrontación de datos establecidos en diferentes bibliografías respecto de los indicadores ácido-base, sus variaciones de pH, además de sus cambios de colores (8).

Problema

La difícil accesibilidad a los Indicadores Sintéticos para realizar estudios relativos al área, cuyos costos económicos pueden constituirse en impedimentos para llevar a cabo con frecuencia investigaciones científicas.

OBJETIVOS

Objetivo General

Elaborar Indicadores Naturales a partir de sustancias vegetales, para determinar las variaciones de pH en diferentes soluciones ácido–básicas sin la necesidad de utilizar costosos Indicadores Sintéticos.

Objetivos Específicos

• Obtener indicadores a partir de sustancias naturales (vegetales).

• Determinar si se logra los rangos de pH a través de los indicadores naturales encontrados.

• Comprobar las variaciones de pH de las diferentes soluciones.

Materiales y métodos

Los pétalos de Flores lilas, de Jacarandá, de Cucarda rosada, de Llamarada, de Rositas perfumadas, de Trompetitas de Oro y de las hojas del Repollo morado fueron el ingrediente principal para la extracción de pigmentos. Agua caliente, agua destilada e instrumentos de laboratorio (14) como bureta 50 ml, vaso de precipitados, soporte universal, pipeta, varillas de vidrio, vidrio de reloj, espátulas, matraz Erlenmeyer 250 ml, ácido clorhídrico 0,1 N, hidróxido de Sodio 0,1N, ftalato ácido de potasio.

Métodos de investigación

Teóricos

Método Analítico: Consistió en la extracción de las partes teóricas de los temas: Titulaciones ácido–base e indicadores naturales, con el objeto de estudiarlos y examinarlas por separado, para ver, por ejemplo las relaciones, propiedades, aplicaciones y utilidades de los mismos. Estas operaciones se realizaron dependiendo la una de la otra; su estudio se efectuó entonces a partir de la relación entre los elementos que conforman dichos temas como un todo; a su vez, el análisis se produce sobre la base de los resultados previos a éste (9).

Método Sintético: Es el proceso mediante el cual se relacionan ciertos hechos como las propiedades y utilidades de los pigmentos vegetales, a partir de los cuales se formuló una teoría acerca de sus aplicaciones como indicadores ácido–base y se estableció una explicación tentativa que sometió a prueba (10).

Método Lógico: Consistió en inferir la semejanza de algunas características entre dos objetos como ser las variaciones de colores tabuladas, propias de los indicadores sintéticos y las esperadas y obtenidas de los indicadores naturales, la probabilidad de que las características restantes sean también semejantes (10).

Empíricos

Observación: Es la técnica que consiste en observar atentamente el fenómeno, hecho o caso, tomar información y registrarla para su posterior análisis. La observación es un elemento fundamental de todo proceso investigativo; a través de ella, cuidadosamente se consiguió obtener datos, claros, definidos y precisos (11).

Medición: Se desarrolla con el objetivo de obtener la información numérica acerca de los procesos y de los resultados de la investigación, donde se compararon magnitudes medibles y conocidas acerca de los pH tabulados en bibliografías establecidas, con los resultados obtenidos a partir de los experimentos realizados atribuyéndoles valores y sus respectivas unidades (10).

Descriptivo: Forma de estudio utilizada para saber quién, cómo, dónde, cuándo y por qué del sujeto del estudio. En otras palabras, la información obtenida en un amplio estudio basado en varias bibliografías ya existentes (sin caer en error de tener una simple idea vaga respecto al tema) para conocer y explicar perfectamente al tema de investigación, conceptos, etc. (12).

Para la etapa específicamente práctica-experimental, se utilizaron:

Método de Decocción: Consiste en colocar la hierba (hojas o flores) en un vaso de recipiente, añadir agua fría, hervir durante 10 a 20 minutos, dejar reposar por más de 10 minutos y filtrar (13).

Método de Infusión: Consiste en hervir agua y verter ésta sobre la hierba en un recipiente; tapar el recipiente, dejar reposar por 15 minutos y filtrar (14).

Resultados

A continuación, se detallan los 7 Indicadores Naturales elaborados a partir de las hojas y pétalos de diferentes especies vegetales, según sus características más llamativas:

Flores LilasLas variaciones que sufren, tanto en el color y como en el pH durante la Titulación, viran desde color rosado suave en presencia de un pH ácido igual a 1.62 hasta el color verde en presencia de un pH neutro igual a 7.

JacarandáLas variaciones que sufren, tanto en el color y como en el pH durante la Titulación, viran desde color rosado suave en presencia de un pH ácido igual a 1.6 hasta el color verde en presencia de un pH igual a 6 muy próximo al neutro.

Cucarda rosadaLas variaciones que sufren tanto en el color y como en el pH durante la Titulación, viran desde incoloro en presencia de un pH ácido igual a 1.6 hasta el color verde en presencia de un pH neutro igual a 7.

LlamaradaLas variaciones que sufre, tanto en el color y como en el pH durante la titulación, viran desde color café suave en presencia de un pH ácido igual a 1.6 hasta el color amarillo en presencia de un pH igual a 6 muy próximo al neutro.

Rositas perfumadasLas variaciones que sufren, tanto en el color y como en el pH durante la titulación, viran desde color rosado suave en presencia de un pH ácido igual a 1.5 hasta el color verde en presencia de un pH igual a 5.

Repollo moradoLas variaciones que sufren, tanto en el color y como en el pH durante la titulación, viran desde color fucsia en presencia de un pH ácido igual a 1.45 hasta el color calipso en presencia de un pH igual a 6 muy próximo al neutro.

Trompetitas de oroLas variaciones que sufren, tanto en el color y como en el pH durante la Titulación, viran desde color crema en presencia de un pH ácido igual a 1.45 hasta el color amarillo en presencia de un pH básico igual a 8.

Tabla #1

Fuente: Elaboración propia, 2009

Discusión

Mientras que los Indicadores Sintéticos presentan un rango de pH desde 0 á 11,7 con la variación de colores desde amarillos, violeta, rojo, azul, rosado e incoloro, los Indicadores Naturales presentan un rango de pH más pequeño que va desde los 1,45 á 8 con la variación de colores desde rosado, verde, incoloro, café, amarillos, fucsia, crema y calipso.

En una primera instancia, este experimento fue realizado por Método de Decocción con alcohol. La extracción de los pigmentos vegetales fue más notoria a simple vista, pero los resultados de las titulaciones realizadas con éstos resultaron más variables e inestables. Valga destacar este aspecto para investigaciones y/o mejoras futuras.

En segunda instancia, realizamos la extracción de los pigmentos mediante el método de infusión (agua caliente) junto con una gran variedad de plantas y sus partes como las flores y hojas que contienen colores vistosos. Sin embargo, de todos los indicadores obtenidos sólo un 75% funcionó correctamente; el 25% restante de estos indicadores no presentaron ningún cambio de color en presencia de soluciones ácidas o alcalinas: Esto se debe a que -a nivel celular (de los vegetales)- diferentes tipos de pigmentos se hallan en diversas estructuras celulares y algunos de éstos cumplen funciones distintas a la de los pigmentos, que son útiles como indicadores ácido–base. Como ejemplo, se menciona los pigmentos antocianos que le dan colores rojos o azules a las flores y hojas y sirven perfectamente como indicadores ácido–base. Por otro lado, los carotenos que dan los colores rojos, anaranjados a frutos y raíces como la zanahoria, son precursores de la vitamina A y no son útiles como Indicadores Naturales.

Esta investigación, que resultó ser muy didáctica, interesante e importante, permitió tener una visión más amplia acerca de los recursos naturales que tenemos a nuestro alcance, y muchas veces, menospreciamos. Cabe destacar este aspecto para que los lectores tomen conciencia de nuestros valiosísimos recursos naturales y se atrevan a realizar nuevas incursiones en estos campos.

Conclusiones

Los objetivos planteados en esta investigación fueron exitosamente cumplidos:

• Se logró extraer indicadores naturales a partir de sustancias vegetales y determinar sus variaciones de pH en diferentes soluciones ácido – básicas.

• Se determinó varios rangos de pH a través de los indicadores naturales encontrados.

• Se comprobó las variaciones de pH de las diferentes soluciones.

Recomendaciones

Se recomienda:

• Usar soluciones de acido clorhídrico 0,1 M e hidróxido de sodio 0,1 M estandarizadas.

• No preparar Indicadores Naturales con alcohol porque se observan cambios bruscos del pH.

• Ilustrarse acerca de las propiedades y los usos de las plantas antes de realizar experimentos con ellas.

Autores: Ing. Marco Ferrufino Do Rosario Lima Adilia Helena Ledezma Azad Nair Cristina León Montaño Carmen Julia Universidad del Valle de Cochabamba, Bolivia