Indigo

 

In het Centraal Museum in Utrecht was in 2013 een tentoonstelling over de spijkerbroek en alles wat er bij hoort. De geschiedenis gaat ver terug. Er is een schilderij van rond 1700 waar een vrouw een rok met een scheur (!) en met de typische spijkerkleur draagt. Ze laten een film uit 1903 zien, waar mannen in spijkerbroek een trein overvallen. Er is een werkplaats waar je onder begeleiding kleding kan maken van spijkerstof. En er is een professional, Koen Tossijn, die je aan het werk kan zien in zijn atelier die hij naar de tentoonstelling heeft verkast. Al met al is het een leuke en interessante tentoonstelling. Hij is t/m 10 maart te bezoeken.

Ter gelegenheid van deze tentoonstelling wil ik het hebben over de kleurstof van spijkerstof. Dat is indigo. Indigo is de naam voor zowel de kleurstof zelf als die typische blauwe kleur. Het is uiteindelijk genoemd naar het plantengeslacht indigofera waar het uitgehaald werd.

               Zoals zo vaak, worden dergelijke stoffen eerst in planten gevonden en als de vraag groot is dan wordt het langs chemische weg nagemaakt. Dat is vaak veel goedkoper. Zo is het ook met indigo gegaan.

De structuurformule van indigo is:

                   Indigo

Indigo is onoplosbaar in water ondanks vier groepen (twee keer C=O en twee keer N-H) die waterstofbruggen kunnen vormen met water. Hoewel de twee benzeenringen de oplosbaarheid niet helpen is dit toch wel opvallend. Mogelijk vormen de C=O en N-H aan een kant van het molecuul onderling een waterstofbrug en zijn daardoor minder beschikbaar voor externe waterstofbruggen met water, hetgeen noodzakelijk is voor het oplossen van dergelijke stoffen.
           Dat het onoplosbaar is, is natuurlijk wel handig als je het als kleurstof voor spijkerbroeken wilt gebruiken. Na één wasbeurt weer een witte broek is niet zo prettig.

Maar het onoplosbaar zijn is toch een probleem, want hoe breng je de kleurstof dan in het katoen?      

           Gelukkig kan de oplosbaarheid aanzienlijk worden vergroot door het indigo tijdelijk om te zetten in leuko-indigo (leuko is Grieks voor wit). Nadat je het als oplossing in het katoen gebracht hebt, zet je het weer terug naar het onoplosbare indigo.

               Leuko-indigo

De chemie van leuko-indigo is niet zo duidelijk. Op internet zegt de een dat het wit is en de ander dat het geel is. De een zegt dat het oplosbaar is in water en de ander zegt dat het alleen in een basische omgeving oplosbaar is.

           Ik heb thuis wat simpele proefjes gedaan en kom daarbij tot het volgende beeld. Bij neutrale pH is de stof wit en niet goed oplosbaar. Als je aan de troebele oplossing base toevoegt (de pH verhoogt) dan wordt de oplossing helder en geel. Dus de oplosbaarheid wordt inderdaad beter in een basische omgeving. 

           Dit zal dan het gevolg zijn van het afsplitsen, in een zuur/base reactie, van een H⁺-ion van een of beide OH-groepen, zodat er een negatief ion overblijft. Dat zie je vaker. Als je in staat bent om van een stof een ion te maken, dan wordt de oplosbaarheid beter. Zie bv. ook  mijn blog ‘Smaakt vis echt lekkerder als je er citroen op doet?'

               De kleurverandering van blauw naar wit naar geel en weer terug naar blauw, heeft alles te maken met de verschillen in de elektronenstructuur in de deeltjes, met name de verschillen in de aaneenschakeling van dubbele bindingen en atomen als zuurstof en stikstof. Om een extreem voorbeeld te geven: koolstof kan in een aantal vormen voorkomen, twee daarvan zijn diamant en grafiet. Diamant kent geen enkele dubbele binding. Het is één van de hardste stoffen die bestaat, het is kleurloos en je kan er dwars doorheen kijken. Grafiet is een groot netwerk van dubbele bindingen. Het is zacht en zwart en geleidt elektrische stroom goed.

Het omzetten van indigo in leuko-indigo gebeurt met een zogenaamde reductor. Dat is een stof die elektronen kan leveren. Door het opnemen van twee elektronen wordt indigo leuko-indigo. Als reductor wordt bij indigo vaak dithioniet (ook wel hydrosulfiet genoemd) gebruikt: S₂O₄^2-

De halfreactie van deze reductor in basisch milieu is:

S₂O₄^2-  +  4OH^-  à 2SO₃^2- + 2H₂O  + 2e^-

In  de praktijk wordt de reactie inderdaad in basisch milieu (bij hoge pH dus) uitgevoerd. Dat heeft een aantal grote voordelen:

1.      Dithioniet is een betere (sterkere) reductor in basisch milieu;
2.      Het gevormde leuko-indigo is beter oplosbaar in basisch milieu vanwege de afsplitsing van een of twee H⁺-ionen, zoals boven beschreven;
3.      Het dithioniet is in basisch milieu stabiel. In zuur milieu is het instabiel en valt uit elkaar in o.a. SO₂ (giftig gas met een scherpe, haast stekende, geur), H₂S (giftig gas en stinkend naar rotte eieren) en zwavel dat als vaste stof de oplossing troebel maakt en ook in de te kleuren stof  gaat zitten.

 Met de gele oplossing van leuko-indigo ga je katoen verven door het erin onder te dompelen. Als je het er uithaalt dan is het katoen dus geel. Tijdens het drogen wordt het leuko-indigo door zuurstof uit de lucht weer teruggeoxideerd naar indigo.

O₂ + 2H₂O + 4e^- à 4OH^-

De elektronen die het dithioniet aan het indigo gaf worden door de zuurstof, in combinatie met water, er weer uitgehaald. Het katoen krijgt daarbij de typische indigo-blauwe spijkerkleur.
           In de praktijk is de oplossing moeilijk geel en helder te houden en wordt het snel groenachtig en wat troebel. Dit komt omdat er in de praktijk altijd wat zuurstof in oplost die een gedeelte van het gele leuko-indigo omzet in blauw indigo. 

Een proefje:

Haal ergens wat dithioniet vandaan. Er zijn drogisterijen waar je dat kan krijgen (in Utrecht heb je bv. drogisterij Woortman op de Neude, waaraan een bezoek zeker de moeite waard is) maar je kan het ook bij verf- of pigmenthandelaren krijgen. Het is niet duur.

          Knip een stukje uit een oude spijkerbroek. Doe dat in een potje met wat huishoud-ammonia (de base). Doe daar een klein schepje dithioniet bij en verwarm het geheel tot pakweg 50 ^oC door het in een pannetje met heet water te zetten.

           Als de vloeistof geel geworden is, gebruik de vloeistof dan door bv. met een kwastje wat te tekenen op papier. Kijk wat er gebeurt. Kijk ook wat er gebeurt met de kleur van het stukje spijkerbroek in de vloeistof en als je het er weer uithaalt.

Zoals altijd, met wat voor proeven je ook doet: wees voorzichtig. Draag bij deze proef een bril en ventileer goed (zie punt 3 hierboven).

Voor cursussen, training en bijles scheikunde bezoek mijn website: www.chemieonderdeknie.nl