Cromatografía de las plantas

En este experimento, separaremos el color de hojas de verduras en sus componentes cromáticos y veremos que están compuestas de una mezcla de varios colores.

Lo que necesitas

• Papel de filtro de café o papel de cocina
• Dos vasos
• Tijeras
• Hojas de dos verduras de distintos colores, por ejemplo, hojas verdes de espinacas y hojas moradas
• Un mortero
• Un embudo
• Alcohol
• Dos lápices
• Tijeras
• Cinta adhesiva transparente

Procedimiento

El video te mostrará cómo realizar el experimento:

Todo empezó con las plantas

La cromatografía es un método muy eficiente de separar una mezcla de sustancias. El término “cromatografía” está formado por dos palabras griegas: chrōma (color) y gráphō (escribir, registrar) y literalmente significa “escritura de color”. Este fue el nombre que le dio al método la persona que lo desarrolló, el científico ítalo-ruso Mijaíl Tsvet.

Tsvet no era químico, sino botánico (investigador de las plantas) y estaba interesado en los colores (pigmentos) que se encuentran en las plantas. Dado que el color de las plantas resulta de una mezcla de distintas sustancias y dado que al mezclar distintos colores se obtiene un nuevo color (que puede ser a veces engañoso), Tsvet quería encontrar un método para separar las distintas sustancias de colores. El método que inventó en 1901 fue llenar una columna larga de vidrio con un polvo fino de tiza molida. Añadió una solución verde, que había preparado machacando hojas de una planta, en la parte superior de la columna, para que goteara lentamente hacia abajo, atravesando el polvo de tiza. 

A medida que la solución avanzó bajando por la columna, se separó en tres partes: verde, naranja y amarillo, que representan las tres familias de sustancias que se encuentran en las hojas de las plantas: clorofila, caroteno y xantofila. Cada sustancia salió de la columna en un momento distinto.

Separación de una mezcla de sustancias (rojo y azul) al pasar por una columna cilíndrica: cada color sale en un momento distinto. Fuente: Wikipedia

Dado que el método se centraba en los colores, Tsvet lo llamó cromatografía. Desafortunadamente, Tsvet publicó su investigación en Polonia, en una revista científica poco conocida, y transcurrió una década antes de que fuera reconocido como el autor del método. Tsvet falleció en 1919 y no llegó a ver su método desarrollado y mejorado. En 1952, Archer Martin y Richard Laurence fueron galardonados con el Premio Nobel de Química tras mejorar considerablemente la técnica de la cromatografía, que hoy es uno de los métodos más usados, sino el más usado, para separar sustancias.

Separación mediante adsorción

Pero ¿cómo funciona de hecho la cromatografía? Anteriormente, algunos químicos habían llevado a cabo experimentos un tanto parecidos al de Tsvet, pensando que la cromatografía separa las sustancias de la misma forma que la filtración, o quizás debido a la acción capilar de los líquidos (la capilaridad es el flujo de los fluidos a través de tubos finos, debido a la tensión superficial y a la fuerza de adhesión). Sin embargo, el mecanismo de acción de la cromatografía es distinto: está basado en una característica química llamada adsorción, un tipo de “adhesión” de una sustancia a otra debido a fuerzas de atracción eléctricas existentes entre las pequeñas partículas que componen la sustancia.

El carbón activado es un ejemplo de sustancia con muy buena adsorción. En otro experimento de ‘La ciencia en casa’, mostramos cómo el carbón activado adsorbe y purifica el agua tintada.

En la cromatografía, la adsorción es débil. Las sustancias fluyen a través de algunos materiales, como el papel de nuestro experimento o la tiza molida del estudio original de Tsvet, y se adhieren brevemente a la superficie del material. Dado que las sustancias están también sujetas a fuerzas de atracción con el disolvente (por ejemplo, el agua) en el que se encuentran, las sustancias son atraídas nuevamente hacia la solución. El resultado de esta atracción débil es la ralentización o el retraso del flujo de la sustancia a través del material. La cuestión es que cada sustancia tiene interacciones distintas o fuerzas de distinta intensidad con el disolvente y con el material a través del cual fluye, y por lo tanto cada una será “demorada” en un grado diferente. Al aplicar la cromatografía a una mezcla, las sustancias que componen la mezcla se separan, cada una demorada por un período diferente y fluyendo a un ritmo distinto. Es como si un grupo de personas empezara a correr al mismo tiempo en una pista, con una multitud parada alrededor de la pista que retiene a los corredores por separado durante un momento breve. Cada corredor se verá retenido por un período de tiempo distinto, y como resultado, el grupo de corredores se dispersará y cada uno llegará a la línea de meta en un momento distinto.

Come hemos mencionado, el método de cromatografía utilizado hoy en día es muy sofisticado y existen ‘columnas’ de separación con un revestimiento de sustancias especiales que permiten una separación óptima de las sustancias, así como detectores que identifican cuándo las distintas sustancias salen de la columna (aunque no tengan ‘color’), hay columnas larguísimas (¡de varias decenas de metros!), cromatografías de separación de gases y mezclas de disolventes y bombas para que el flujo sea más rápido, lo que ahorra tiempo. Hoy en día, casi cualquier mezcla de sustancias se puede separar por cromatografía. Además, la separación es importante para la identificación y cuantificación de las sustancias: un ámbito de interés en la industria de la química analítica, y también para la producción de sustancias.

Hay otro punto científico a tener en cuenta en nuestro experimento: en el experimento de Tsvet, la solución fluye hacia abajo gracias a la gravedad. En nuestro experimento, el flujo es hacia arriba gracias a la capilaridad del papel. El agua se absorbe y sube debido a la interacción de fuerzas entre el agua y el papel, los espacios dentro del papel y las fuerzas entre las moléculas de agua en sí. También puedes ver un experimento sobre la capilaridad y un artículo acerca de la capilaridad para obtener más información.

Leyenda: Cromatografía con papel que separa los colores y capilaridad