Papel tornasol

El papel tornasol es el miembro más reconocido de los indicadores químicos. Como la mayoría de los papeles de pH, el tornasol cambia de color cuando se expone a una solución ácida o básica. La escala de pH simple varía de 0 a 14, siendo 0 el más ácido, 7 el neutro y 14 el más básico o alcalino. El papel tornasol se usa comúnmente en las clases de ciencias educativas. Por tener un reconocimiento tan amplio, se ha convertido también en un referente cultural en nuestra sociedad. Es común utilizar el término prueba de fuego cuando se hace referencia a una prueba en la que un solo factor determina el resultado.

Antecedentes

El papel tornasol permite al observador la oportunidad de evaluar el pH de una muestra. El pH es una forma de caracterizar la naturaleza relativa ácida o básica de una sustancia en función de su concentración de iones de hidrógeno. Un ion es un átomo que lleva una carga eléctrica y, por lo tanto, es reactivo con su entorno. Una sustancia ácida libera iones de hidrógeno (H +) en el agua. Los ácidos se conocen como donantes de protones porque el ion H + tiene un protón adicional cargado positivamente que intenta estabilizarse combinándose con un ion cargado negativamente. Una sustancia básica libera un ion hidróxido (OH-) en el agua. Las bases se denominan aceptores de protones porque el ion hidróxido acepta un protón para estabilizarse. Curiosamente, cuando se combinan ácidos y bases, el resultado es una sal neutra. Por ejemplo, un ácido fuerte como el ácido clorhídrico combinado con hidróxido de sodio (una base fuerte) da como resultado una reacción de neutralización con los subproductos cloruro de sodio (sal de mesa) y agua.

El pH es un indicador biológico importante porque la mayoría de las formas de vida tienen un rango de pH muy pequeño en el que pueden sobrevivir. Por ejemplo, la relación ácido-base en el cuerpo humano es un equilibrio delicado. Incluso un ligero cambio en el pH de la sangre en cualquier dirección puede provocar la muerte. Las plantas también son susceptibles a cambios mínimos de pH en el suelo. Es por eso que el suelo que es demasiado ácido para una planta se neutraliza con un fertilizante de carbonato de calcio, una base.

La escala de pH simple varía de 0 a 14, siendo 7 neutral. Los números inferiores a 7 se consideran ácidos y los números superiores a 7 se consideran básicos. Cuanto menor sea el número, más ácida será la solución. Esto significa que una sustancia con un pH de 1 tendría una mayor capacidad para donar un protón a otra molécula o ión que una sustancia con un pH de 4. Por ejemplo, el ácido sulfúrico es muy eficaz para transferir un ión hidróxido, mientras que el ácido acético (vinagre) no lo es. Por lo tanto, el ácido sulfúrico se considera un ácido fuerte y el ácido acético se considera un ácido débil. Del mismo modo, también hay bases fuertes y débiles. Una base fuerte como el hidróxido de potasio, con sus iones de hidróxido más abundantes, aceptará protones más fácilmente que una base débil como el amoniaco. Cuanto mayor sea el número, más fuerte será la base.

Si bien el papel tornasol es eficaz para indicar si una sustancia es ácida o básica, no puede informar un valor numérico exacto de pH. Para ello se utilizan indicadores universales o medidores de pH. Los indicadores universales se componen de una variedad de materiales, cada uno de los cuales cambia de color a diferentes valores de pH, lo que permite al observador determinar con mayor precisión dónde cae la solución en cuestión en la escala de pH. Los indicadores universales se pueden impregnar en papel y convertir en papel de pH o se pueden utilizar en forma líquida. Se proporciona una tarjeta de colores de referencia con cada indicador universal que correlaciona un color particular con un rango de pH. En términos generales, la mayoría de los indicadores universales tienen una precisión de dos valores en la escala de pH. Por ejemplo, un resultado verde podría indicar un pH de 8 a 9. Esto significa que los indicadores universales pueden determinar el pH de una muestra cuantitativamente dentro de un cierto rango.

Los medidores de pH permiten una cuantificación aún más precisa mediante el uso de electricidad para determinar un valor de pH numérico. Se coloca una sonda en la muestra de prueba y una corriente de electricidad fluye a través de la sonda. Dado que la electricidad está compuesta de electrones, que tienen una carga negativa, la fuerza de la corriente que fluye a través del medidor es directamente proporcional a la concentración de iones de hidrógeno. Cuantos más iones H + haya en la solución, más corriente fluirá a través del medidor. Este número luego se convierte en un valor de pH numérico que puede ser leído por el observador.

Historial

El término tornasol proviene de una palabra nórdica antigua que significa "teñir o colorear". Esto es apropiado ya que los líquenes utilizados para hacer tornasol también se han utilizado para teñir telas durante cientos de años. Se dispone de muy poca información sobre los inicios del tornasol. Hay algunos datos que sugieren que el papel tornasol fue desarrollado por J.L. Gay-Lussac, un químico francés a principios del siglo XIX. Gay-Lussac es mejor conocido por su Ley de combinación de volúmenes, que establece que siempre que los gases se forman o reaccionan entre sí a una temperatura y presión constantes, sus volúmenes están en pequeñas proporciones de números enteros. Es decir, cuando los gases se combinan, siempre lo hacen de la misma forma siempre que la temperatura y la presión se mantengan iguales.

Materias primas

Las principales materias primas que se utilizan para fabricar papel tornasol son la celulosa de madera, los líquenes y los compuestos auxiliares. El papel tornasol, como su nombre lo indica, se compone principalmente de papel. El papel usado para hacer papel tornasol debe estar libre de contaminantes que puedan cambiar el pH del sistema que está midiendo. Como la mayoría del papel, el papel tornasol está hecho de celulosa de madera. La madera se trata con disolventes antes de la fabricación del papel para eliminar el material resinoso y la lignina de la madera. Uno de los solventes más comunes en los Estados Unidos es un sulfato, ya sea sulfato de sodio o sulfato de magnesio.

La capacidad del papel tornasol para cambiar de color cuando se expone a un ácido o base es el resultado de la infusión de líquenes en el papel tornasol. En el mundo vegetal, los líquenes son únicos porque en realidad son dos organismos distintos, un hongo y un alga, que viven como uno solo. Los botánicos clasifican a los líquenes como hongos porque son los hongos los que se consideran responsables de la reproducción sexual. Sin embargo, cada liquen tiene su propio nombre distintivo. Se han identificado aproximadamente 15.000 tipos diferentes de líquenes. Los líquenes se pueden encontrar creciendo en rocas, árboles y paredes, en el suelo e incluso bajo el agua en prácticamente todos los tipos de climas. Los líquenes se utilizan comúnmente como indicador de la calidad ambiental porque son sensibles a diversos contaminantes. Varias variedades de líquenes se utilizan para producir tornasol, incluida rocella tinctoria, nativa del Mediterráneo, y lecanora tartarea, un liquen común en los Países Bajos. De hecho, Holanda es uno de los mayores productores de productos de papel tornasol.

Diseño

La mayoría del papel tornasol y otros tipos de indicadores de pH se venden a través de casas de suministros científicos. El papel tornasol está disponible en variedades rojas y azules. El color natural del papel tornasol es el azul. Cuando se pone en una solución ácida, el papel azul se vuelve rojo. El papel tornasol rojo se mezcla primero con un ácido cuando se hace. Esto hace que el papel se vea rojo. Cuando se coloca en presencia de una base, el papel vuelve a su color azul natural.

El proceso de fabricación

La producción de papel tornasol tiene muchas características en común con la fabricación de papel. En este proceso, la pulpa de madera se convierte en papel, el papel se infunde con la solución de liquen y el papel se seca y empaqueta.

Conversión de pulpa de madera

• 1 En este primer paso, la madera se tritura y se mezcla con un disolvente y agua a presión de vapor. La masa resultante se llama pulpa de madera. La pulpa se extiende sobre una cinta de malla de alambre y se pasa sobre rodillos. Esto crea La escala de pH. una capa fina que se puede secar y convertir en papel utilizable. Una caja de madera debajo del cinturón recoge el agua que se escurre. Dado que hay fibra recuperable en esta agua, se vuelve a mezclar con la pulpa.
• 2 Para acelerar el proceso de secado, se utilizan bombas de succión de aire debajo de la banda. A medida que el papel se mueve a lo largo de la cinta, pasa por debajo de una malla o cilindro de alambre llamado rollo dandy. El propósito del rollo dandy es darle al papel un tejido o marca de agua que identifique el grado del papel y el fabricante. El papel continúa su viaje por la cinta transportadora, donde se presiona entre dos rollos cubiertos de fieltro (rollos de revestimiento) que obligan a las fibras a unirse mediante la extracción de agua adicional.
• 3 A partir de estos rollos de revestimiento, el papel se empuja a través de dos juegos de rollos de prensa de metal lisos, dejando el papel con un acabado liso. El papel se seca completamente sometiéndolo a rodillos calientes, cortado con cortadores giratorios y enrollado en bobinas.

Infusión de líquenes

• 4 Para que el pH del papel sea activo, se infunde luego con una solución acuosa que consiste principalmente en líquenes. Esto se hace pasando el papel por un baño de la solución. Absorbe la solución y luego se pasa para permitir que fermente y se seque.
• 5 Los líquenes se dejan fermentar en presencia de carbonato de potasio y amoníaco. Después de la fermentación, la masa tiene un color azul y luego se mezcla con tiza. El papel tornasol azul se prepara impregnando papel blanco en una infusión de la mezcla de tornasol mencionada anteriormente. A continuación, el papel se seca con cuidado al aire libre. El tornasol rojo se prepara de manera similar, pero se agrega un pequeño porcentaje de ácido sulfúrico o clorhídrico para que se vuelva rojo.

Embalaje

• 6 Una vez preparado el papel, se envía a una estación de embalaje final. El papel tornasol se vende típicamente en tiras precortadas. Los fabricantes colocan las tiras en viales de plástico que se pueden volver a sellar. Es importante que el embalaje evite que las tiras queden expuestas a la humedad ya que cualquier líquido que entre en contacto con el papel tornasol podría provocar que el indicador cambie de color. Es posible, aunque no tan común, comprar papel tornasol en rollos que el usuario puede cortar. Los fabricantes también proporcionan instrucciones escritas con cada paquete de papel tornasol para que el usuario sepa cómo usar el producto correctamente. En el caso de papeles o soluciones indicadores universales, las instrucciones escritas no son suficientes. También se suministra una tarjeta de referencia de color para que el usuario pueda hacer coincidir el resultado de la prueba con la tarjeta de referencia para determinar el pH.

El futuro

Sin duda alguna, el papel tornasol seguirá utilizándose ampliamente en la educación debido a su costo razonable y su facilidad de uso. Sin embargo, algunas variedades de líquenes se están extinguiendo. Como resultado, es posible que los fabricantes de papel tornasol cambien a materiales sintéticos en el futuro. Esto ya lo están haciendo los fabricantes de otros tipos de papeles de pH. Además, debido a que el tornasol no puede dar resultados cuantitativos, no puede reemplazar otros papeles y medidores de pH. De hecho, la tendencia es hacer indicadores de pH que sean aún más precisos y menos subjetivos. Una de esas tendencias es utilizar sondas de fibra óptica en medidores de pH para hacerlos aún más sensibles.