Un’introduzione artistica agli inchiostri alle antocianine Teach article

Tradotto da Monica Mauri. Produrre inchiostri sensibili al pH a partire da frutta e ortaggi è una variante creativa dell’esperimento dell’indicatore ottenuto dal cavolo rosso.

Figure 1: General structure of anthocyanin, in which R and R' are H, OH, or OCH3 and R'' is a sugar unit
Figura 1: Struttura generale
di una  antocianina, in cui R e
R’ sono H, OH, o OCH3 e R” è
un’unità di zucchero

Per gentile concessione di
Gustavo Giraldi Shimamoto e
Adriana Vitorino Rossi

Molto prima che coloranti sintetici e pigmenti fossero disponibili, venivano usati dei prodotti naturali per ottenere inchiostri semplici ma efficienti (come quelli descritti da  Farusi, 2012) – che possiamo ancora vedere nei dipinti di civiltà preistoriche ed estinte. Questi colori naturali potevano essere di origine minerale, oppure essere estratti vegetali; in questa attività sperimentale ci occuperemo di un particolare gruppo di vegetali che contengono antocianine (ACY, figura 1).

Spesso i colori naturali sono meno stabili di molti coloranti sintetici, e cambiano colore o si disgregano a causa della temperatura, della luce, a causa di variazioni di pH e agenti ossidanti. Questo può consentirci di tenere delle lezioni interessanti, e nel nostro lavoro con alunni della scuola primaria abbiamo usato le antocianine come coloranti per la produzione di inchiostri sensibili al pH.

L’origine del colore

Le antocianine sono composti organici che danno luogo ai colori arancione, rosso, viola, blu ed un colore tendente al nero in fiori, frutti, foglie e radici di alcune specie di frutti e di vegetali.

Le molecole delle antocianine presentano delle strutture ad anello che assorbono la luce , e in tal modo agiscono da schermo solare, proteggendo così le cellule delle piante. Le lunghezze d’onda della luce che non vengono assorbite vengono invece riflesse, e quindi il fiore o il frutto viene visto colorato. Inoltre, questi colori attraggono gli impollinatori e i gli spargitori di semi, e quindi sono importanti anche per la riproduzione delle piante.

Le soluzioni di antocianine cambiano colore con il pH del mezzo, agendo da indicatori di pH naturali (figura 2). Generalmente le antocianine mostrano un colore rosso nelle soluzioni acide e blu in mezzi basici; tuttavia si possono osservare anche altri colori, in funzione del pH, della particolare antocianina e della sua origine. Questo perché l’aggiunta e la rimozione di ioni idrogeno (H+) dalla struttura molecolare del pigmento modifica le sue proprietà elettroniche, e così altera le lunghezze d’onda della luce assorbita dal pigmento. Questa proprietà ci permette di utilizzare estratti vegetali per determinare il pH di prodotti per la pulizia della casa e per rivelare il punto finale di titolazioni acido/base, come nel famoso esperimento dell’indicatore ottenuto dal cavolo rosso  (Terci & Rossi, 2002; Rossi & Shimamoto, 2010). La variabilità cromatica delle antocianine può essere studiata anche producendo inchiostri da usare con pennelli, timbri o serigrafia.

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Figure 2: Simplified representation of the chemical equilibrium responsible for the change in the colour of the anthocyanin ink
Figura 2: Rappresentazione semplificata dell’equilibrio chimico responsabile del cambiamento di colore dell’inchiostro alle antocianine
Per gentile concessione di Gustavo Giraldi Shimamoto e Adriana Vitorino Rossi

Cos’è un inchiostro?

Gli inchiostri sono miscele di coloranti o pigmenti e un composto legante che aiuta l’inchiostro ad aderire alla superficie che deve essere colorata. Questa banale formulazione è stata utilizzata per migliaia di anni, ma i progressi nella chimica, e nuove tecnologie alternative, hanno reso gli inchiostri molto più sofisticati, con infinite scelte cromatiche e diverse proprietà, come la capacità di aderire alla carta lucida o ai gusci d’uovo.

Un componente essenziale di un inchiostro è la sostanza che impartisce il colore: il pigmento o il colorante. Un pigmento è un solido finemente suddiviso che è insolubile nel mezzo disperdente dell’inchiostro e fornisce – in aggiunta al colore – opacità e forza, oltre ad altri effetti, mentre i coloranti sono in genere composti che sono solubili nell’inchiostro. Nei nostri inchiostri, l’estratto di antocianine è un pigmento. 

Inchiostro alle antocianine per pittura, timbri, o serigrafia    

Materiali

Changing the colour of the paintings with vinegar solution
Cambiamento del colore del
dipinto mediante una
soluzione di aceto

Per gentile concessione di
Gustavo Giraldi Shimamoto e
Adriana Vitorino Rossi
  • Frutti o ortaggi contenenti antocianine, ad esempio more, uva, fragole, mirtilli, lamponi, o cavolo rosso.  
  • Etanolo al 94% (volume : volume)
  • Carta da filtro (si può usare anche un filtro per caffè)
  • Piastre di Petri 
  • Acqua
  • Carta da lettere o da disegno (carta di buona qualità e durata con una densità superiore a  50 g m-2)
  • Timbri, rulli per pittura or pennelli
  • AcetoDetergenti multiuso con proprietà alcaline

Procedimento

  1. . Schiacciare i frutti o gli ortaggi e mescolarli con etanolo approssimativamente in rapporto 1:3 (massa/volume) per 30 minuti.
  2. Filtrare con carta da filtro e distribuire il filtrate in piastre di Petri.
  3. Essiccare l’estratto di antocianine lasciandolo in piastre di Petri aperte al riparo dalla luce finché il solvente non evapora (circa 2 giorni). Per un’evaporazione più rapida, le piastre possono essere sottoposte ad un flusso di aria fredda o conservate in cappa chimica o sotto cappa.
  4. Una volta essiccato, mescolare l’estratto di antocianine (che ha un aspetto pastoso) con acqua in rapporto di circa 1:10 (peso:volume).

È possibile usare l’inchiostro così ottenuto con pennelli, timbri, o per la serigrafia. Poiché questo inchiostro è un indicatore di pH, il suo colore può essere modificato per aggiunta di soluzioni acide o alcaline. Si può usare un pennello per applicare una soluzione acida (aceto) o alcalina (un detergente multiuso diluito) su una carta colorata con l’inchiostro, oppure i disegni possono essere spruzzati con soluzioni acide o alcaline per cambiarne il colore. Un’altra opzione è scrivere o disegnare con le soluzioni incolori acide o alcaline, e rivelare lo scritto spruzzandovi sopra l’inchiostro di antocianine, simulando un inchiostro invisibile. All’incirca dopo un minuto dall’applicazione dell’inchiostro alle antocianine alla carta, i disegni saranno quasi asciutti.

 

Nota di sicurezza: 

Controllare le normative vigenti nel vostro Paese quando usate soluzioni acide o alcaline, poiché potrebbe essere prescritto l’uso di occhiali protettivi.

 

Cosa succede

Changing colours with different pH solutions. (a) Initial colour print, (b) after acid treatment, and (c) after alkali treatment
Cambiamenti di colore con
soluzioni a pH diverso. (a)
Colore iniziale della stampa,
(b) dopo trattamento acido,
and (c) dopo trattamento
basico

Per gentile concessione di
Gustavo Giraldi Shimamoto e
Adriana Vitorino Rossi

Gli estratti di antocianine sono indicatori di pH naturali, tanto in soluzione quanto sulla carta. Il cambiamento di colore può essere spiegato dall’interazione tra le molecole d’acqua impregnate di antocianine che si trovano nella carta e l’acido acetico contenuto nell’aceto, o le sostanze alcaline contenute nel detergente multiuso.    

Il cambiamento di colore dell’inchiostro è correlato ad un equilibrio chimico (illustrato in forma semplificata nella figura 2). Le antocianine sono composti organici che portano alcuni sostituenti ai quali gli ioni H+ vengono aggiunti o tolti a diversi valori di  pH producendo soluzioni diversamente colorate. Nella figura 2, ci sono tre colori principali perché sono stati usati tre mezzi diversi con i colori antocianinici: acido, neutro e alcalino. Usando soluzioni con  pH differenti, si possono confrontare i diversi coloranti.

Gli inchiostri alle antocianine possono essere usati dai bambini più piccoli (meno di 11 anni) per disegnare e dipingere. Ragazzi più grandi (più di 11 anni) o gli adulti supervisori possono usare l’aceto (acido) e il detergente diluito (base) per modificare i disegni ed interagire con il gruppo. Si può facilmente modificare la preparazione e l’applicazione di questo inchiostro, che non richiede reagenti tossici e non genera residui che richiedono trattamenti prima dello smaltimento.

Lo scopo principale di questa attività ricreativa è quello di suscitare curiosità, ma poiché si può utilizzare qualunque frutto o ortaggio contenente antocianine per produrre questi inchiostri sensibili al pH, è possibile anche un approccio interdisciplinare che comprenda l’educazione alla conoscenza dell’ambiente e dei prodotti locali.  Mentre si producono gli inchiostri, si può parlare di natura, ambiente, biodiversità ed il loro impiego razionale per ottenere prodotti utili. 

Ringraziamento

Gli autori ringraziano il São Paulo Research Foundation (FAPESP) per il supporto finanziario.

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References

Web References

Resources

  • Beautiful Chemistry, un sito web Cinese, offre video e immagini di piante che cambiano il colore con il pH. 
  • Le antocianine possono essere utilizzate anche per produrre celle fotoelettrochimiche, come descritto in questa attività didattica: 
  • Se vi è piaciuto questo articolo, potreste trovare interessanti i seguenti capitoli del 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 Portoghese]. Questo ebook è disponibile gratuitamente per il  download.

Author(s)

Gustavo Giraldi Shimamoto è un dottorando in chimica analitica all’Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) di San Paolo, Brasile, e lavora nel Laboratorio di Risonanza Magnetica Nucleare.

Adriana Vitorino Rossi ha un  PhD dell’UNICAMP e lì è attualmente professore all’Istituto di Chimica. Si occupa di chimica analitica e di didattica della chimica, e coordina il Gruppo di Ricerca in Chimica Analitica e Didatticaw1 presso l’UNICAMP. 


Review

Questo è un nuovo metodo per insegnare la scienza tradizionale, sia in classe che in un club di scienze.

L’introduzione all’articolo potrebbe essere utilizzata in un esercizio di comprensione, e l’articolo usato per stimolare una discussione su acidi, basi e indicatori; estrazione di composti chimici; scienza delle piante; e scienza ed arte.


Tim Harrison, Bristol ChemLabS, University of Bristol, Regno Unito




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