Experimento casero de los colores que desaparecen

Es muy habitual escuchar que la química está en todas partes, y es completamente cierto. Sin embargo, a veces los procesos químicos que ocurren a nuestro alrededor resultan difíciles de entender y de explicar. Por eso resulta útil llevar a cabo experimentos simples en condiciones controladas que nos permitan aislar y ver un proceso químico a la vez.

En función de lo anterior, el presente artículo describe un experimento fácil, rápido y muy divertido que cualquiera puede llevar a cabo en su hogar. Mediante el mismo, se pueden ilustrar distintos conceptos relacionados con la ciencia y la química incluyendo la teoría del color, las reacciones químicas de reducción y oxidación y la concentración de las disoluciones.

Materiales necesarios

Para llevar a cabo este experimento se necesitan:

• Colorantes alimenticios.
• Agua.
• Lejía o blanqueador.
• Gotero.
• Varios frascos o vasos transparentes, preferiblemente de vidrio y, de ser posible, todos del mismo tamaño.
• Tres cucharas grandes.
• Cronómetro (opcional).
• Taza de medida de líquidos (opcional).
• Gafas de seguridad.
• Guantes de látex o de goma.
• Una bata de laboratorio o, en su defecto, un delantal.

Medidas de seguridad

Si bien los materiales y reactivos que se utilizarán en este experimento no son particularmente peligrosos, tampoco son completamente inocuos, así que esta es una muy buena oportunidad para enseñar a los más pequeños la importancia de la seguridad en un laboratorio en un entorno controlado, aunque ese laboratorio en realidad sea la cocina del hogar.

Se deben tener en cuenta las siguientes medidas de seguridad:

1. Utilizar lss gafas de seguridad durante todo el experimento.

Es posible que las soluciones con o sin lejía salpiquen durante el experimento, así que es importante proteger los ojos en todo momento. Una gota de lejía que caiga en un ojo puede causar mucha irritación.

2. Utilizar los guantes al manipular la botella de lejía.

La lejía de uso casero generalmente no es peligrosa, pero si se deja en contacto con la piel durante mucho tiempo puede causar irritación. Es preferible proteger la piel todo lo que sea posible, especialmente la de las manos, ya que es la que está más expuesta a entrar en contacto con la lejía.

3. Trabajar sobre una superficie limpia y estable.

Siempre que se lleven a cabo experimentos caseros, debemos asegurarnos de que la mesa o la superficie en la que se llevará a cabo sea fuerte y estable. Esto ayudará a prevenir cualquier accidente.

En caso de tratarse de una mesa con superficie de madera, es aconsejable proteger la superficie con un mantel plástico para evitar manchas y decoloraciones.

¿Qué hacer en caso de un derrame de lejía?

Si se derrama la lejía, se puede recoger la mayor parte con un trapo o con papel absorbente, y luego se debe lavar la superficie con abundante agua.

Si durante el derrame de lejía, esta salpica sobre la ropa, es aconsejable cambiarse la prenda afectada y lavarla inmediatamente para evitar la decoloración.

Procedimiento experimental

Este experimento se puede llevar a cabo de muchas maneras diferentes para explicar distintos aspectos de las reacciones químicas en disolución acuosa. A continuación, se proponen dos experimentos básicos y, más adelante, se sugieren algunas variaciones que pueden resultar interesantes.

Experimento A

1. Utilizando la taza de medida, llene los frascos o vasos con agua pura hasta la mitad, procurando agregar la misma cantidad de agua en cada uno. No importa si el nivel de agua no es el mismo en todos los frascos. Esto es de esperar si no son todos iguales.
2. Agregar 4 gotas de colorante de un color diferente en cada frasco y agitar con la ayuda de una cuchara. Se pueden incluso mezclar colores en algunos de los frascos, pero siempre asegurándose que el número total de gotas no sea mayor que cuatro.
3. Tome el primer frasco y agregue la lejía gota a gota utilizando el gotero, a la vez que revuelve el contenido con la ayuda de la cuchara. El color deberá comenzar a desaparecer a medida que avance la reacción química. Continúe agregando gotas hasta que desaparezca completamente el color, asegurándose de contar cuántas gotas tuvo que agregar para que esto sucediera.
4. Repita el proceso con los demás frascos y tome nota del número de gotas necesarias para decolorar cada disolución.
5. Tras decolorar las disoluciones, seleccione una de ellas y agréguele otras cuatro gotas de colorante. Puede ser el mismo color que antes u otro color distinto. Observe la diferencia de lo que ocurre con lo que sucedió al principio cuando se agregaron las gotas de colorante al agua pura. Si la cantidad de lejía que agregó al principio fue muy grande, el color del segundo colorante también desaparecerá, sin necesidad de añadir más lejía.

Experimento B

Para que sea exitoso, este experimento requiere la participación de dos o tres personas, que pueden ser niños:

1. En cuatro frascos limpios, agregar la misma cantidad de agua que se agregó en cada frasco en el experimento anterior. Marcar estos frascos con los números del 1 al 4.
2. Agregar en cada uno 4 gotas del mismo colorante alimenticio, preferiblemente el que haya presentado el color inicial más intenso.
3. En una cuchara, y con la ayuda del gotero, agregue el mismo número de gotas de lejía que se necesitaron para decolorar esta solución en el experimento anterior.
4. En una segunda cuchara, agregue solo la mitad de las gotas de lejía del paso 3.
5. En la tercera cuchara agregue solo la cuarta parte de las gotas de lejía del paso 3.
6. Con la ayuda de una o dos personas, deberán vaciar y agitar simultáneamente el contenido de la primera cuchara en el frasco 1, el de la segunda en el 2 y el de la tercera en el 3. Se deja de agitar y se observa lo que sucede.
7. Opcionalmente, se puede comenzar a contar el tiempo desde el momento en el que se agregó la lejía a los tres frascos, utilizando un cronómetro, y tomando nota del tiempo que tarda en decolorarse cada solución. La disolución 1 debería decolorarse más rápidamente que la 2, y esta que la 3.

Experimentos alternativos

Si lo desea, puede repetir el experimento anterior alterando distintas condiciones experimentales. Por ejemplo, puede repetir el mismo procedimiento, pero utilizando agua caliente en lugar de agua a temperatura ambiente. La reacción debería ser mucho más rápida.

Otra alternativa es observar el efecto del pH sobre el color y sobre la velocidad de la reacción, ya que muchas reacciones de óxido reducción como la que está involucrada aquí son catalizadas por la presencia de ácidos o bases. En vista de esto, puede repetir estos experimentos, pero agregando a los recipientes una cantidad fija de vinagre, y a otros una cantidad fija de una disolución de carbonato o bicarbonato de sodio.

Explicación de los resultados

¿De qué están compuestos los colorantes alimenticios?

Los colorantes alimenticios son disoluciones muy concentradas de distintos tipos de compuestos orgánicos. Estos compuestos tienen la particularidad de que una parte de su estructura, denominada cromóforo, es capaz de absorber un color específico de luz visible, dejando pasar o reflejando todos los demás. Al hacerlo, el cromóforo le confiere al compuesto y, por lo tanto, a cualquier disolución que lo contenga, el color complementario al que absorbió. Los colores complementarios se pueden observar en los lados opuestos de una rueda de color como la que se muestra a continuación:

La rueda de colores complementarios mostrada arriba muestra cuál color fue absorbido en función del color que realmente observamos. Así, los colorantes que se ven de color azul tienen un cromóforo que absorbe el color opuesto que es el amarillo, mientras que los colorantes verdes absorben el magenta, y así sucesivamente.

¿De qué está compuesta la lejía?

A pesar de que existen formulaciones más modernas, la lejía, como la mayoría de los blanqueadores, consiste en una disolución diluida de una sal llamada hipoclorito de sodio, cuya fórmula es NaClO. El hipoclorito es una sustancia oxidante, lo que quiere decir que es capaz de quitarles electrones a otras sustancias químicas.

El hipoclorito de sodio es capaz de oxidar a una gran variedad de compuestos orgánicos, muchos de ellos indispensables para el funcionamiento y la supervivencia de los microorganismos. Por esta razón, además de su uso como blanqueador, el hipoclorito también se utiliza como agente desinfectante de superficies.

¿Por qué desaparece el color con la lejía?

Como acabamos de ver, los colorantes alimenticios son siempre compuestos orgánicos que contienen un cromóforo. Este casi siempre consiste en una parte de la molécula que contiene muchos enlaces dobles o triples, los cuales son particularmente susceptibles a ser oxidados por el hipoclorito. Cuando agregamos este último a la solución, inmediatamente comienza a oxidar estos enlaces dobles, destruyendo así al cromóforo y quitándole a las moléculas del colorante su capacidad de absorber la luz y de conferirle color a la disolución.

¿Por qué las gotas de colorante agregadas tras la primera decoloración también se decoloran?

Esta observación resulta muy útil para ilustrar el concepto del reactivo limitante y el reactivo en exceso. Al agregar lejía continuamente hasta que la disolución se decolora por completo, es muy probable que hayamos agregado un exceso de hipoclorito, y que este haya sobrado incluso después de haberse consumido todo el colorante original. En otras palabras, en estos experimentos el colorante representa el reactivo limitante, ya que se consume completamente (lo que confirmamos visualmente con la pérdida total del color), mientras que la lejía, o más exactamente el hipoclorito de sodio, es el reactivo en exceso. Esto último lo confirmamos por el hecho que la solución decolorada aún tiene la capacidad de oxidar más colorante, demostrando que aún contiene hipoclorito.

Diferencias entre colorantes

Si se experimenta con distintos colorantes, asegurándose de mantener las mismas condiciones, la misma cantidad de agua y la misma cantidad de lejía, es muy probable que los distintos colores desaparezcan a velocidades diferentes. Esto puede deberse a varios factores incluyendo:

• Diferencias de concentración en los colorantes originales.
• Diferencias en la susceptibilidad a ser oxidados por el hipoclorito.
• Diferencias en la intensidad del color inicial, entre otras.

Por otro lado, en el caso del Experimento B, la única diferencia entre los primeros tres frascos es la concentración de la lejía. Debería ser evidente que la primera disolución se decolorase más rápidamente que la segunda, y esta que la tercera, lo cual demuestra un principio de la cinética química que es la dependencia de la velocidad de reacción con la concentración de los reactivos.

Referencias

Amoquímicos Colombia S.A.S. (s. f.). Hipoclorito de sodio: usos, características y recomendaciones de manejo. Amoquimicos.com. https://www.amoquimicos.com/hipoclorito-de-sodio-para-prevenir-enfermedades

El colorante alimentario: qué es, para qué sirve y tipos. (2019, 10 febrero). Consumoteca. https://www.consumoteca.com/alimentacion/colorante-alimentario/

Cromóforo. (s. f.). Química.es. https://www.quimica.es/enciclopedia/Crom%C3%B3foro.html

de La Rosa, G., & Figueroa-Gerstenmaier, S. (2019). El hipoclorito y el cloro: dos tipos de cuidado. Eugreka. https://www.ugto.mx/eugreka/contribuciones/262-el-hipoclorito-y-el-cloro-dos-tipos-de-cuidado