Un indicatore è una sostanza in grado di modificare alcune sue proprietà in risposta ad uno stimolo esterno; nel nostro caso vogliamo preparare un sistema che cambia colore a seconda che si trovi in un ambiente acido o basico.
Nei prodotti di origine naturale sono presenti numerosi composti che possono essere sfruttati a tale scopo, ad esempio i pigmenti del cavolo rosso e di molti fiori tra cui l’iris.
In questo esperimento utilizzeremo invece il più reperibile e meno costoso di questi prodotti, una comune cipolla rossa di Tropea.

La preparativa prevede di estrarre i pigmenti rossi (antociani) contenuti nella buccia e negli strati interni della cipolla utilizzando l’alcol etilico, quindi con la soluzione ottenuta e la carta da filtro si faranno delle cartine indicatrici da utilizzare per testare il pH di alcune sostanze comuni.

Dopo aver preso uno spicchio di cipolla si tagliano finemente la buccia e le parti interne colorate in viola-rosso che saranno quelle da cui estrarremo la sostanza colorante, queste vanno suddivise più finemente possibile così da migliorare il processo di estrazione.

Successivamente si introducono nel recipiente di vetro e si aggiunge l’alcol etilico fino a che non ne sono completamente ricoperte.

Nel maneggiare l’alcol etilico occorre prestare particolare attenzione che nelle vicinanze non siano presenti fonti di calore o fiamme libere in quanto altamente infiammabile.

Il colore dell’alcol appare ancora chiaro ma basta agitare dopo alcuni minuti per vedere subito una leggera colorazione rosa. Si lascia quindi il preparato a riposare per 24 ore in modo che l’estrazione avvenga completamente; durante questo periodo se il barattolo è aperto una parte di alcol evaporerà ma non è un problema anzi questo renderà la soluzione finale più concentrata, se comunque il livello dovesse scendere troppo è possibile tappare il recipiente.

Al termine di questa fase la colorazione della soluzione appare molto più netta e adesso è pronta per formare l’indicatore. Si filtra l’estratto togliendo i residui di cipolla rimasti, quindi si tagliano delle strisce di carta da filtro e si imbevono della soluzione. Le cartine indicatrici così preparate si lasciano asciugare finchè non evapora l’alcol (può bastare anche una mezz’ora) e sono pronte per testare il pH di alcune soluzioni campione.

Versando alcune gocce di soluzioni acide si nota che la carta assume una colorazione rossa tanto più intensa minore è il pH della soluzione, mentre via via che il pH della soluzione sale la colorazione sfuma fino a cambiare colore e diventare verde per le soluzioni basiche con una tonalità più scura per pH molto alti. Nella foto accanto sono riportati alcuni esempi di misure fatte con queste cartine, anche se nella realtà i colori appaiono molto più netti e decisi che in foto, soprattutto dopo che si versano le soluzioni di prova.

Per visualizzare meglio i vari colori nella foto sottostante si possono vedere alcuni esempi in cui, a piccole quantità dell’estratto, sono stati aggiunti (da sinistra a destra) una soluzione di acido cloridrico(HCl) a pH circa uguale a 1, aceto alimentare (soluzione al 5% di acido acetico) con un pH compreso tra 4 e 5, soluzione di bicarbonato di sodio a pH 8, e soluzione di soda caustica (NaOH) con un pH superiore a 12.

Le molecole responsabili del colore in questa varietà di cipolle (ma anche in molte piante, verdure e ortaggi) sono le antocianine il cui nome deriva dal greco anthos = fiore, kyáneos = blu.

In questi sistemi il colore deriva dalla coniugazione unita alla presenza di atomi di ossigeno che permette loro di assorbire le lunghezze d’onda della radiazione visibile facendoli apparire della colorazione complementare a quella assorbita.

Le variazioni della tonalità con il pH sono dovute invece ad equilibri, simili a quelli riportati di seguito, in cui le specie, che si protonano o meno a seconda dell’acidità dell’ambiente in cui si trovano, assorbono la luce a lunghezze d'onda diverse risultando quindi di colori diversi.

Il gruppo indicato con R in molti casi di prodotti naturali è rappresentato da una molecola di un carboidrato legata con un legame glicosidico, ad esempio nel caso dell’antocianina principale presente nella cipolla è semplicemente una molecola di glucosio.