marzo 4, 2024
Notas de química

Boyle, el padre de los indicadores

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El escrito de Robert Boyle, » Experimental History of Colours» (1664), es considerado un hito en la historia de la química analítica. En ese trabajo, Boyle describió una serie de experimentos simples pero elegantes que finalmente dieron a los químicos una herramienta poderosa para determinar la composición de los compuestos.

Los descubrimientos de Boyle

Boyle descubrió, por ejemplo, que los ácidos comunes volvían rojo el jarabe azul de las violetas, y que los álcalis lo volvían verde. Experimentos posteriores con otros jugos vegetales, incluyendo bayas de ligustro (Ligustrum vulgare), bayas de espino cerval (Rhamnus cathartica), aciano (Centauris cyanus) y crozófora tinctoria, revelaron cambios de color similares cuando se trataban con ácidos y álcalis.


Aunque algunas de estas reacciones habían sido notadas antes, Boyle fue el primero en reconocer la importancia de estas sustancias como reactivos químicos, ya que él solo observó que todos los ácidos volvían rojos los jugos vegetales azules, y que todos los álcalis los volvían verdes. Además, notó que algunas sustancias no causaban cambios de color; Boyle las clasificó como neutras, ni ácidas ni alcalinas, y así «eliminó efectivamente la teoría de que todas las sustancias eran una u otra».

Trabajos anteriores

Investigaciones recientes han demostrado que existía una extensa literatura sobre el análisis de soluciones acuosas antes del trabajo de Boyle, especialmente en los escritos de médicos sobre las virtudes medicinales de las aguas termales.

Edward Jorden (1569-1632), un médico inglés formado en Padua, observó que las bases convertían la tela escarlata en azul, mientras que los ácidos la volvían a poner roja; el cambio de color del tinte de las violetas y de las hojas de rosa en presencia de aceite de vitriolo también fue notado a principios del siglo XVII.

Robert Boyle
Robert Boyle

Curiosamente, estos escritos no son mencionados por Boyle y no parecen haber contribuido significativamente al trabajo de Boyle sobre indicadores de color. Otra posible inspiración para las investigaciones de Boyle, sin embargo, no ha sido seriamente considerada hasta ahora, y eso fue la información empírica acumulada por los tintoreros y pintores a través de generaciones de experimentación con cambios de color.

Tintoreros y pintores

Que Boyle haya observado estas técnicas en los talleres de tintoreros y fabricantes de colores es completamente coherente con su profesa adhesión a la filosofía baconiana. De hecho, si la revolución científica del siglo XVII consistió en parte en pensar de nuevas formas sobre datos antiguos, la metodología de Boyle en este caso es un ejemplo notable de ello.

Generalmente no se sabe que la mayoría de los cambios de color que Boyle observó fueron notados y fueron inducidos metódicamente mucho antes de que alguien pensara en usarlos como indicadores químicos. Los tintoreros y pintores medievales sabían empíricamente que las plantas podían producir una amplia gama de colores, dependiendo de la temporada del año en que se recolectaban y de los mordientes que se utilizaban con ellas.

Por ejemplo, las bayas de espino cerval inmaduras producían un amarillo justo pero fugaz que era utilizado por los pintores para enriquecer los verdes, por los curtidores de cuero y por los encuadernadores para colorear los bordes de los libros. Si las bayas eran recogidas más tarde en la temporada, cuando estaban completamente maduras, y luego se mordentaban con alumbre, producían un verde mucho más profundo llamado «verde de savia», que era ampliamente utilizado por los pintores como sustituto del verdigris, y por los tintoreros.

Estos artesanos también sabían que ciertos cambios de color podían inducirse químicamente, ya que muy pocos de los extractos vegetales en la tecnología medieval se utilizaban en su estado natural. Con la excepción del azafrán (los estigmas secos del Crocus sativus), que no requería modificación química, todos los tintes y pigmentos vegetales se hacían combinando los jugos naturales de las plantas y las flores con algún material ácido o básico para desarrollar su color. Con tal preparación inicial, y tratando los textiles con diferentes mordientes, se podía obtener una variedad de tonos y, a veces, incluso diferentes colores a partir de una sola planta tintórea.

Crocus sativus. Una de las fuentes de compuestos indicadores de pH
Crocus sativus. Una de las fuentes de compuestos indicadores de pH

Colores cambiantes

Los manuales medievales de tintura e iluminación de manuscritos nos dan solo relatos parciales de la complejidad de estas artes, pero se pueden encontrar muchos ejemplos de los cambios de color inducidos en materiales orgánicos. Las flores azules oscuro del iris, por ejemplo, parecen ser una fuente poco probable de un color verde. Cuando se exprime por primera vez su jugo, es de color purpúreo, pero tan pronto como se combina con alumbre, se forma un verde claro y hermoso. El «verde de iris» fue el principal rival del verde de savia en la pintura de manuscritos, y fue ampliamente utilizado en los siglos XIV y XV.

La orquilla, una materia tintórea derivada de varias variedades del liquen Rocella, se usaba principalmente como tinte púrpura, pero su color varía desde el rojo oscuro hasta el azul según su pH. Los tintes azules de orquilla se hacían tratando la solución con orina fermentada o cal apagada para aumentar su alcalinidad, mientras que los ácidos tenían un efecto rojizo. Este mismo cambio de color es característico de muchos de los otros tintes rojos naturales.

La madera de Brasil, por ejemplo, tiende a variar desde un color amarillento en ácidos fuertes hasta azul en presencia de álcalis. Una receta en el manual de tintura de Gioanventura Rosetti, el Plictho, se basa en este conocimiento empírico: una solución de madera de Brasil hecha con vinagre tiñe el algodón de rojo, mientras que la adición de orina al sedimento de la madera de Brasil le da al tinte un matiz azulado.

Quizás el agente colorante más versátil en la Edad Media fue el folium, que se preparaba sumergiendo trozos de tela de lino en el jugo purpúreo de la planta tornasol (Crozophora tinctoria), y colgando los pañuelos para que se sequen. Cuando los pañuelos secos, o folia, se remojaban en agua o clara de huevo, un color rojo brillante se disolvía en el medio. Este color podía intensificarse mediante la adición de vinagre para aumentar la acidez de la solución. Si el lino se había tratado primero con suficiente agua de cal para neutralizar la acidez natural del jugo de la baya, sin embargo, los pañuelos producían un color violeta.

Estos pañuelos calados, terminados como violetas, a su vez podían producir un color azul algo fugitivo tratándolos con orina, aumentando así su alcalinidad. El tornasol era así un colorante extremadamente versátil. Fue una innovación tardomedieval, pero una vez que se estableció alrededor del siglo XIV, se hizo extremadamente popular porque proporcionaba a los tintoreros y pintores una fuente conveniente y que ahorraba trabajo de color. Los pañuelos secos, preparados con anticipación y almacenados para su uso posterior, estaban siempre listos para usarse sin una preparación elaborada. Casi cualquier jugo vegetal podía prepararse de esta manera, y se probaron muchos otros, pero los colores del tornasol resultaron ser los más satisfactorios y duraderos.

Tecnificando los colorantes

Es seguro asumir que las prácticas tardomedievales descritas aquí aún se usaban comúnmente en la época de Boyle. Aunque se introdujeron varios nuevos materiales tintóreos importantes en Europa con el descubrimiento del Nuevo Mundo, los materiales y técnicas de tintura y fabricación de colores medievales mantuvieron su lugar en los talleres hasta el siglo XVIII. En 1662, William Petty presentó a la Royal Society su «Aparato para la Historia de las Prácticas Comunes de Teñido», un informe sobre técnicas actuales que describía prácticas similares a las registradas en los libros de recetas del siglo XV y XVI.

Aunque Petty pudo haber consultado algunos de estos trabajos, tenía poca necesidad de hacerlo: el hijo de un tejedor, Petty conocía su tema de primera mano, y su el interés de Boyle en las artes mecánicas y los oficios es bien conocido. Al igual que muchos de sus contemporáneos en la Royal Society, creía que los oficios podrían mejorarse mediante la comprensión científica, y también que la ciencia en sí misma avanzaría a través de la colaboración de filósofos naturales con artesanos.

Roccella tinctoria, una variedad de liquen empleada para hacer litmus, una mezcla de gran cantidad de compuestos orgánicos empleada para la medición cualitativa de pH
Roccella tinctoria, una variedad de liquen empleada para hacer litmus, una mezcla de gran cantidad de compuestos orgánicos empleada para la medición cualitativa de pH

Uno de los ensayos en su obra La Utilidad de la Filosofía Natural se dedicó a la proposición «de que los bienes de la humanidad pueden ser mucho aumentados por la comprensión del naturalista en los oficios». En la típica moda baconiana, Boyle insistía en que «a menudo, de aquellos que no tienen ni un lenguaje refinado ni ropa fina para distraerlo, el naturalista puede obtener información que puede ser muy útil para su diseño».

Dado la larga experiencia de Boyle en colaboración con artesanos londinenses, es probable que algunos de sus experimentos sobre colores e indicadores de color fueran sugeridos por investigaciones y observaciones que hizo en los talleres de tintoreros, pintores y fabricantes de colores. De hecho, Boyle lo afirma en su obra Historia Experimental de los Colores. «Muchos experimentos», escribió Boyle, «pueden ser proporcionados para este propósito por el oficio de tintura». En las casas de tintura aprendió, por ejemplo, «que la tela teñida de azul con añil es después teñida de verde por la decocción amarilla de… cera de madera [es decir, retama de tintorero, Genista tinctoria]». Habló con un maestro tintorero para aprender cómo se hacía el tinte escarlata, y leyó un libro italiano sobre tintura para descubrir cómo hacer laca.

Contribución de los herbarios

Boyle aparentemente aprendió de los cambios de color específicos producidos en los jugos vegetales por la acción de ácidos y bases a través de su lectura del popular herbario de John Parkinson, Theatrum Botanicum, una traducción del Kruydeboeck de Rembert Dodoens (1554).

En esa obra, Parkinson discutió el uso de la frángula, las bayas de aligustre, el tornasol y otras plantas como tintes. Después de leer la discusión de Parkinson sobre la frángula, Boyle corrió a una tienda de colores notoria para preguntar cómo se hacía el verde de savia: «Los compré haciendo preguntas hasta que me confesaron que hacían su verde de savia mucho después de las formas mencionadas por nuestro botánico aquí».

La extensa descripción de Parkinson de los colores de tornasol también impresionó a Boyle, tanto que la citó en su totalidad en la Historia Experimental de los Colores. Aunque no lo afirma en sus escritos, es muy concebible que Boyle incluso obtuviera la idea de hacer tiras de papel de prueba saturadas en tintes vegetales de la técnica de folium ideada por los pintores medievales.

Aplicando el antiguo conocimiento a la ciencia

Hasta donde se sabe, ningún tintorero se dio cuenta de que su conocimiento empírico de los cambios de color podría ser utilizado como herramienta para la investigación científica. Esa fue exclusivamente la contribución de Boyle, y se necesitó una forma completamente nueva de pensar sobre los datos para hacerlo.

Si los tintoreros podían producir diferentes colores a partir de un solo tinte mediante la adición de ácidos o bases, razonó Boyle, debería ser posible utilizar estos cambios de color como prueba de la presencia de tales sustancias. Sin duda, la metodología de Boyle en este caso es un admirable ejemplo de lo que Francis Bacon tenía en mente cuando invitaba a los virtuosos a compilar historias de los oficios.

Bacon insistía en que el objetivo de las historias proyectadas no era sólo mejorar las artes, sino también proporcionar datos de los talleres relacionados con la alteración de materiales. A partir de estos datos, se podrían extraer los principios y axiomas de la nueva filosofía natural. «Sería un error total suponer que mi intención se satisfaría con una colección de experimentos de artes hechos sólo con el fin de llevar así las diversas artes a una mayor perfección», escribió Bacon, «mi significado es claramente que todos los experimentos mecánicos deben ser como arroyos que fluyen desde todos los lados hacia el mar de la filosofía».

La investigación experimental de Boyle sobre los indicadores de color representa uno de los frutos del empirismo artesanal medieval, pero también expone la principal limitación del empirismo sin la ayuda de un entendimiento teórico. Las técnicas en las artes manuales cambiaban solo a través de un largo proceso de prueba y error. Sin una teoría que lo guiara, el artesano no podía hacer mucho más que probar una técnica o ingrediente y luego otro, en su esfuerzo por alcanzar la perfección. Boyle era plenamente consciente de esto y expresó repetidamente su convicción de que los principios científicos aplicados a las artes manuales promoverían mejoras industriales.

Aunque algunas de las propuestas resultaron ser imprácticas, la visión de Boyle de aplicar el conocimiento científico a la industria resultó ser bastante profética. Uno de los primeros frutos de los rápidos desarrollos en química orgánica, dos siglos más tarde, fue la síntesis de la anilina. Casi de inmediato, los tintes de anilina comenzaron a reemplazar a los tintes naturales y, para finales del siglo XIX, prácticamente el único tinte natural que sobrevivió fue el tornasol (derivado de la Rocella), en forma de los familiares papeles de prueba de pH en los laboratorios.

Para más información The Nature of Acids and Bases

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