Papel Litmus

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O papel tornassol é o membro mais reconhecido dos indicadores químicos. Como a maioria dos papéis de pH, o tornassol muda de cor quando exposto a uma solução ácida ou básica. A escala simples de pH varia de 0 a 14, sendo 0 o mais ácido, 7 sendo neutro e 14 sendo o mais básico ou alcalino. O papel tornassol é comumente usado nas aulas de ciências educacionais. Por ter um reconhecimento tão amplo, tornou-se também uma referência cultural em nossa sociedade. É comum usar o termo teste de tornassol ao se referir a um teste em que um único fator determina o resultado.

Antecedentes

O papel tornassol permite ao observador a oportunidade de avaliar o pH de uma amostra. O pH é uma forma de caracterizar a natureza ácida ou básica relativa de uma substância com base em sua concentração de íons de hidrogênio. Um íon é um átomo que carrega uma carga elétrica e, portanto, é reativo com seu ambiente. Uma substância ácida libera íons de hidrogênio (H +) na água. Os ácidos são conhecidos como doadores de prótons porque o íon H + tem um próton extra carregado positivamente tentando se estabilizar combinando-se com um íon carregado negativamente. Uma substância básica libera um íon hidróxido (OH-) na água. As bases são chamadas de aceitadores de prótons porque o íon hidróxido aceitará um próton para se estabilizar. Curiosamente, quando ácidos e bases são combinados, o resultado é um sal neutro. Por exemplo, um ácido forte como o ácido clorídrico combinado com hidróxido de sódio (uma base forte) resulta em uma reação de neutralização com os subprodutos cloreto de sódio (sal de cozinha) e água.

O pH é um indicador biológico importante porque a maioria das formas de vida tem uma faixa muito pequena de pH na qual podem sobreviver. Por exemplo, a proporção ácido-base no corpo humano é um equilíbrio delicado. Mesmo uma ligeira mudança no pH do sangue em qualquer direção pode resultar em morte. As plantas também são suscetíveis a mudanças mínimas de pH no solo. É por isso que o solo muito ácido para uma planta é neutralizado com fertilizante de carbonato de cálcio, uma base.

A escala simples de pH varia de 0-14 com 7 sendo neutro. Números menores que 7 são considerados ácidos e números maiores que 7 são considerados básicos. Quanto menor o número, mais ácida é a solução. Isso significa que uma substância com pH 1 teria uma capacidade maior de doar um próton para outra molécula ou íon do que uma substância com pH 4. Por exemplo, o ácido sulfúrico é muito eficaz na transferência de um íon hidróxido, enquanto o ácido acético (vinagre) não é. Portanto, o ácido sulfúrico é considerado um ácido forte e o ácido acético é considerado um ácido fraco. Da mesma forma, também existem bases fortes e fracas. Uma base forte como o hidróxido de potássio, com seus íons de hidróxido mais abundantes, aceitará mais prontamente os prótons do que uma base fraca como a amônia. Quanto maior o número, mais forte é a base.

Embora o papel de tornassol seja eficaz para indicar se uma substância é ácida ou básica, ele não pode relatar um valor numérico exato de pH. Indicadores universais ou medidores de pH são usados ​​para este propósito. Os indicadores universais são compostos por uma variedade de materiais, cada um mudando diferentes cores em diferentes valores de pH, o que permite ao observador determinar com mais precisão onde a solução em questão cai na escala de pH. Os indicadores universais podem ser impregnados em papel e transformados em papel de pH ou podem ser usados ​​na forma líquida. Um cartão de cor de referência é fornecido com cada indicador universal que correlaciona uma cor particular com uma faixa de pH. De um modo geral, a maioria dos indicadores universais tem precisão de dois valores na escala de pH. Por exemplo, um resultado verde pode indicar um pH de 8-9. Isso significa que indicadores universais podem determinar o pH de uma amostra quantitativamente dentro de uma certa faixa.

Os medidores de pH permitem uma quantificação ainda mais precisa usando eletricidade para determinar um valor numérico de pH. Uma sonda é colocada na amostra de teste e uma corrente de eletricidade flui através da sonda. Como a eletricidade é composta de elétrons, que têm carga negativa, a força da corrente que flui pelo medidor é diretamente proporcional à concentração de íons de hidrogênio. Quanto mais íons H + na solução, mais corrente fluirá pelo medidor. Este número é então convertido em um valor numérico de pH que pode ser lido pelo observador.

História

O termo tornassol vem de uma palavra em nórdico antigo que significa "tingir ou colorir". Isso é adequado, pois os líquenes usados ​​para fazer tornassol também têm sido usados ​​para tingir tecidos por centenas de anos. Muito pouca informação está disponível sobre o início do tornassol. Existem alguns dados que sugerem que o papel de tornassol foi desenvolvido por J.L. Gay-Lussac, um químico francês no início do século XIX. Gay-Lussac é mais conhecido por sua Lei de Combinação de Volumes, que afirma que sempre que gases são formados ou reagem uns com os outros a uma temperatura e pressão constantes, seus volumes estão em pequenas proporções de números inteiros. Em outras palavras, quando os gases se combinam, eles sempre o fazem da mesma forma, desde que a temperatura e a pressão permaneçam as mesmas.

Matérias-primas

As principais matérias-primas usadas para fazer papel de tornassol são celulose de madeira, líquenes e compostos auxiliares. O papel tornassol, como o próprio nome indica, é composto principalmente de papel. O papel usado para fazer o papel de tornassol deve estar livre de contaminantes que possam alterar o pH do sistema que está medindo. Como a maioria dos papéis, o papel de tornassol é feito de celulose de madeira. A madeira é tratada com solventes antes da fabricação do papel para remover o material resinoso e a lignina da madeira. Um dos solventes mais comuns nos Estados Unidos é o sulfato - sulfato de sódio ou sulfato de magnésio.

A capacidade do papel de tornassol de mudar de cor quando exposto a um ácido ou base é o resultado do papel de tornassol ser infundido com líquenes. No mundo das plantas, os líquenes são únicos por serem, na verdade, dois organismos distintos, um fungo e uma alga, vivendo como um só. Os botânicos classificam os líquenes como fungos porque são os fungos considerados responsáveis ​​pela reprodução sexual. No entanto, cada líquen tem seu próprio nome distinto. Aproximadamente 15.000 tipos diferentes de líquenes foram identificados. Os líquenes podem ser encontrados crescendo em rochas, árvores e paredes, no solo e até mesmo debaixo d'água em praticamente todos os tipos de climas. Os líquenes são comumente usados ​​como indicadores de qualidade ambiental porque são sensíveis a vários poluentes. Diversas variedades de líquen são usadas para produzir tornassol, incluindo rocella tinctoria, nativa do Mediterrâneo e lecanora tartarea, um líquen comum na Holanda. Na verdade, a Holanda é um dos maiores produtores de produtos de papel de tornassol.

Design

A maior parte do papel de tornassol e outros tipos de indicadores de pH são vendidos por empresas de suprimentos científicos. O papel tornassol está disponível nas variedades vermelha e azul. A cor natural do papel de tornassol é azul. Quando colocado em uma solução ácida, o papel azul fica vermelho. O papel de tornassol vermelho é primeiro misturado com um ácido quando é feito. Isso faz com que o papel pareça vermelho. Quando colocado na presença de uma base, o papel retorna à sua cor azul natural.

O processo de fabricação

A produção de papel de tornassol tem muitas características em comum com a fabricação de papel. Nesse processo, a polpa da madeira é convertida em papel, o papel é infundido com a solução de líquen e o papel é seco e embalado.

Conversão de polpa de madeira

• 1 Nesta primeira etapa, a madeira é triturada e misturada com um solvente e água sob pressão de vapor. A massa resultante é chamada de polpa de madeira. A polpa é espalhada em uma correia de tela de arame e passada por rolos. Isso cria A escala de pH. uma camada fina que pode ser seca e transformada em papel utilizável. Uma caixa de madeira embaixo da correia coleta o escoamento de água. Uma vez que há fibra aproveitável nesta água, ela é novamente misturada com a polpa.
• 2 Para acelerar o processo de secagem, são usadas bombas de sucção de ar sob a correia. À medida que o papel se move ao longo da correia, ele passa sob uma malha ou cilindro de arame denominado rolo dândi. O objetivo do rolo dândi é dar ao papel uma trama ou marca d'água que identifica o tipo de papel e o fabricante. O papel continua em sua jornada pela correia transportadora, onde é pressionado entre dois rolos cobertos com feltro (rolos de forro) que forçam as fibras a se unirem ao extrair água adicional.
• 3 A partir desses rolos de forração, o papel é empurrado através de dois conjuntos de rolos de prensa de metal lisos, deixando o papel com um acabamento liso. O papel é completamente seco submetendo-o a rolos aquecidos, cortado por cortadores giratórios e enrolado em bobinas.

Infusão de líquenes

• 4 Para tornar o pH do papel ativo, ele é então infundido com uma solução aquosa constituída principalmente de líquenes. Isso é feito passando o papel por um banho de solução. Ele absorve a solução e é passado para permitir que fermentar e secar.
• 5 Os líquenes podem fermentar na presença de carbonato de potássio e amônia. Após a fermentação, a massa apresenta uma coloração azulada e é posteriormente misturada com giz. O papel de tornassol azul é preparado impregnando-se de papel branco em uma infusão da mistura de tornassol mencionada acima. O papel é então cuidadosamente seco ao ar livre. O tornassol vermelho é preparado de forma semelhante, mas uma pequena porcentagem de ácido sulfúrico ou clorídrico é adicionado para torná-lo vermelho.

Embalagem

• 6 Após o preparo do papel, ele é enviado para uma estação de empacotamento final. O papel tornassol é normalmente vendido em tiras pré-cortadas. Os fabricantes colocam as tiras em frascos de plástico que podem ser lacrados novamente. É importante que a embalagem evite que as tiras fiquem expostas à umidade, pois qualquer líquido que entre em contato com o papel de tornassol pode fazer com que o indicador mude de cor. É possível, embora não tão comum, adquirir papel de tornassol em rolos que podem ser cortados pelo usuário. Os fabricantes também fornecem instruções escritas com cada embalagem de papel de tornassol para que o usuário saiba como usar o produto corretamente. No caso de papéis ou soluções indicadores universais, as instruções escritas não são suficientes. Um cartão de referência de cor também é fornecido para que o usuário possa comparar o resultado do teste com o cartão de referência para determinar o pH.

O Futuro

O papel tornassol certamente continuará a ser usado extensivamente na educação devido ao seu custo razoável e facilidade de uso. No entanto, algumas variedades de líquenes estão se extinguindo. Como resultado, é possível que os fabricantes de papel de tornassol mudem para materiais sintéticos no futuro. Isso já está sendo feito por fabricantes de outros tipos de papéis de pH. Além disso, como o tornassol não pode fornecer resultados quantitativos, ele não pode substituir outros papéis e medidores de pH. Na verdade, a tendência é fazer indicadores de pH ainda mais precisos e menos subjetivos. Uma dessas tendências é utilizar sondas de fibra óptica em medidores de pH para torná-los ainda mais sensíveis.