Una introducción artística a las tintas con antocianinas Teach article

Traducido por Jose Viosca. Fabricamos tintas sensibles al pH a partir de frutas, como una variación creativa del indicador de pH hecho a partir de col.

Figure 1: General structure of anthocyanin, in which R and R' are H, OH, or OCH3 and R'' is a sugar unit
Figura 1: Estructura general
de la antocianina, con R y R’
siendo H, OH o OCH3 y R»
una unidad de azúcar

Imagen cortesía de Gustavo
Giraldi Shimamoto y Adriana
Vitorino Rossi

Mucho antes de que los pigmentos y colorantes sintéticos estuvieran a mano, los productos naturales se utilizaban para crear tintas simples pero eficientes (como describe Farusi, 2012) – que todavía hoy podemos ver en las pinturas de civilizaciones prehistóricas y extinguidas. Aquellos colores naturales podían ser de origen mineral o de extractos de plantas; en esta actividad nos centraremos en un tipo de plantas que contienen antocianinas (ACY – del griego anthocyanin, figura 1).

Los colores naturales son a menudo menos estables que muchos colorantes sintéticos, y cambian de color o se desintegran con cambios en la temperatura, luz, pH y con agentes oxidantes. Esto puede aprovecharse en clase para organizar lecciones interesantes, y en nuestro trabajo con estudiantes de primaria hemos usado antocianinas como colorantes para la producción de tinta reactiva al pH.

El origen del color

Las antocianinas son compuestos orgánicos que producen los colores naranja, púrpura, azul y negruzco en las flores, frutas, hojas y raíces vegetales. Las moléculas de antocianina contienen estructuras en anillo que absorben luz, actuando como una pantalla solar que protege las células de la planta. Las longitudes de onda de luz que no son absorbidas por la antocianina son reflejadas, y por eso la flor o fruta se ve coloreada. Estos colores también atraen polinizadores y dispersores de semillas y son también importantes para la reproducción de la planta.

Las soluciones de antocianina cambian de color con el pH del medio, actuando como un indicador natural de pH (figura 2). En general, las antocianinas exhiben un color rojo en soluciones ácidas, y azul en medios alcalinos; sin embargo, otros colores pueden observarse según el pH y la antocianina concreta y su fuente. Esto se debe a la adición o pérdida de protones (H+) de la estructura molecular del pigmento, lo que  cambia sus propiedades electrónicas alterando las longitudes de onda de luz que absorbe. Esta propiedad permite utilizar extractos de plantas para determinar el pH de materiales domésticos y determinar el punto final y la concentración tal como en el conocido indicador hecho con col (Terci & Rossi, 2002; Rossi & Shimamoto, 2010). La variedad de color de las antocianinas puede también explorarse produciendo tintes para pinceles, estampado o serigrafía.

Figure 2: Simplified representation of the chemical equilibrium responsible for the change in the colour of the anthocyanin ink
Figura 2: representación simplificada del equilibrio químico responsable del cambio en el color de la tinta de antocianina
Imagen cortesía de Gustavo Giraldi Shimamoto y Adriana Vitorino Rossi

¿Qué es una tinta?

Las tintas son mezclas de pigmentos o tintes con un compuesto aglutinante que pega el tinte/pigmento a la superficie que se está pintando. Esta sencilla fórmula ha sido utilizada durante miles de años, hasta que los avances en química y las nuevas alternativas tecnológicas han hecho las tintas mucho más sofisticadas, con infinitas opciones de color, y propiedades diversas tales como la capacidad de adherirse al papel satinado o la cáscara de huevo.

Un componente esencial de una tinta es la sustancia que proporciona el color: el pigmento o tinte. Un pigmento es un sólido fino que es insoluble en el medio en que está disperso y proporciona –además del color- opacidad y fuerza, entre otros efectos, mientras que los tintes son generalmente compuestos solubles en el medio del colorante. En nuestra tinta, el extracto de antocianina es un pigmento.

Tinta de antocianina para pintura, estampado o serigrafía

Materiales

Changing the colour of the paintings with vinegar solution
Cambiando el color de la
pintura con una solución de
vinagre

Imagen cortesía de Gustavo
Giraldi Shimamoto y Adriana
Vitorino Rossi
  • Frutas o vegetales con antocianinas, como las moras, las uvas, fresas, arándanos, frambuesas o col lombarda
  • 94 % etanol (volumen : volumen)
  • Papel de filtro (también sirve un filtro de café)
  • Placas de Petri
  • Agua
  • Papel de carta (papel de alta calidad y duradero, para escribir, con una densidad mayor de 50 gm-2)
  • Sellos, rodillos, o pinceles
  • Vinagre
  • Producto de limpieza multiuso, con propiedades alcalinas

Procedimiento

  1. Aplasta la fruta o vegetal y mézclalo en etanol en una proporción aproximada de 1:3 (peso : volumen) durante 30 minutos.
  2. Fíltralo usando el papel de filtro y vierte el filtrado en placas de Petri.
  3. Seca el extracto de antocianina dejándolo en placas de Petri abiertas, protegidas de la luz, hasta que el disolvente se evapore (2 días). Para acelerarlo, las placas pueden ser sometidas a un flujo de aire frío o almacenadas en una campana química o bajo una campana de extracción.
  4. Tras el secado, mezcla la antocianina seca (de aspecto pastoso) con agua en una relación aproximada de 1 : 10 (peso : volumen).

Puedes usar la tinta con pinceles, sellos o en serigrafía. Como es sensible al pH, el color de esta tinta puede cambiarse añadiendo soluciones ácidas o alcalinas. Un pincel podría utilizarse para aplicar una solución ácida (vinagre) o una alcalina (producto de limpieza multiuso, diluido) sobre papel coloreado con la tinta; o las pinturas podrían esparcirse con soluciones ácidas y alcalinas para cambiar su color. Otra opción es escribir o pintar con las soluciones ácidas o alcalinas, que no tienen color, y revelar el mensaje aplicando un spray con tinta de antocianina, simulando así una tinta invisible. Aproximadamente, 1 minuto después de aplicar la tinta de antocianina al papel, la pintura se secará en parte.

 

Nota de seguridad

Chequea las normas que en tu región regulen el uso de ácidos o bases, es posible que tengas que usar gafas de seguridad.

 

Lo que sucede

Changing colours with different pH solutions. (a) Initial colour print, (b) after acid treatment, and (c) after alkali treatment
Cambiando los colores con
distintas soluciones de pH.
(a) impresión inicial,
(b)después del ácido,
(c) después del tratamiento
alcalino

Imagen cortesía de Gustavo
Giraldi Shimamoto y Adriana
Vitorino Rossi

Los extractos de antocianinas son indicadores naturales del pH tanto en solución como en papel. El cambio en el color puede explicarse por la interacción entre las moléculas de agua impregnadas con antocianina sobre el papel, por un lado, y el acido acético del vinagre o el álcali del limpiador multi-usos, por otro.

El cambio de color en la tinta se vincula al equilibrio químico (mostrado de forma simplificada en la figure 2). Las antocianinas son compuestos orgánicos que tienen varios sustituyentes en los que pueden unirse o quitarse protones H+ a distintos valores de pH para producir diferentes soluciones coloreadas. En la figura 2, aparecen tres colores porque se usaron tres medios: ácido, neutro y básico. Así pueden compararse los distintos colorantes.

La tinta de antocianina puede usarse con niños mas jóvenes (menores de 11) para pintar y dibujar. Niños mayores (11+) o los adultos que supervisen pueden emplear vinagre (ácido) y limpiador diluido (básico) para cambiar los diseños e interactuar con el grupo. Puedes cambiar fácilmente la preparación y aplicación de esta tinta, que no usa reactivos tóxicos y no genera residuos que requieran un tratamiento antes de desecharse.

El objetivo principal de esta actividad recreativa es despertar la curiosidad de los estudiantes, porque puedes ver como cualquier fruta o vegetal contiene antocianinas para producir estas tintas sensibles al pH, un abordaje multidisciplinar que incorpora la enseñanza ambiental y los valores locales cuando sea posible. Mientras haces las tintas, puedes hablar sobre la naturaleza, el entorno, la biodiversidad y su uso racional para obtener productos útiles.

Agradecimiento

Los autores reconocen el apoyo económico de la Fundación de Sao Paulo para la investigación.

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References

Web References

Resources

  • Beautiful Chemistry, una web China, tiene videos y dibujos de plantas que cambian el color con el pH.
  • Las antocianinas también pueden usarse para hacer células solares sensibles al color, como describe esta actividad:
  • Si te gustó este artículo, también te gustará este capítulo de libro:
    • Salamão AA, et al (2010) Jogo pedagógico que explora a propriedade indicadora de pH de extratos de antocianinas de espécies brasileiras. In de Rezende CM, Braibante HTS (eds) A Química Perto de Você – Experimentos de baixo custo para a sala de aula do Ensino Fundamental e Médio pp35–43. Cidade Universitária, São Paulo, Brazil: Sociedade Brasileira de Química. ISBN: 9788564099005 [in Portuguese]. Este e-book puede descargarse aquí.

Author(s)

Gustavo Giraldi Shimamoto es un estudiante de doctorado en el programa de química analítica de la Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) en Sao Paulo, Brasil, y trabaja en el Laboratorio de Resonancia Magnetica Nuclear.

Adriana Vitorino Rossi es doctora por la UNICAMP y profesora en el Instituto de Química. Trabaja en química analítica y enseñanza de la química, y coordina el Grupo de Investigación y Enseñanza en Química Analíticaw1  en UNICAMP.


Review

La introducción del artículo podría usarse como ejercicio de comprensión y el artículo podría usarse para proponer discusiones sobre los ácidos, bases, e indicadores; extracción química, ciencia vegetal, ciencia y arte.


Tim Harrison, Bristol ChemLabS, University of Bristol, Reino Unido




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