Guinguette Marais Poitevin

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 simple de pH va de 0 a 14, siendo 0 el más ácido, 7 el neutro y 14 el más básico o alcalino. El papel tornasol se utiliza habitualmente en las clases de ciencias. Al tener un reconocimiento tan amplio, se ha convertido también en una referencia cultural en nuestra sociedad. Es común utilizar el término prueba tornasol cuando se refiere a una prueba en la que un solo factor determina el resultado.

Contexto

El papel tornasol permite a un observador la oportunidad de evaluar el pH de una muestra. El pH es una forma de caracterizar la naturaleza ácida o básica relativa de una sustancia basada en su concentración de iones de hidrógeno. Un ión es un átomo que lleva una carga eléctrica y, por 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 extra con carga positiva que intenta estabilizarse combinándose con un ion con carga negativa. Una sustancia básica libera un ion hidróxido (OH-) en el agua. Las bases se denominan aceptantes 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 lugar a 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 muy pequeño de pH 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 de sufrir cambios mínimos en el pH del suelo. Por eso el suelo que es demasiado ácido para una planta se neutraliza con fertilizante de carbonato de calcio, una base.

La escala simple de pH va de 0 a 14, siendo 7 el valor neutro. 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 ion que una sustancia con un pH de 4. Por ejemplo, el ácido sulfúrico es muy eficaz para transferir un ion hidróxido, mientras que el ácido acético (vinagre) no lo es. Por tanto, el ácido sulfúrico se considera un ácido fuerte y el ácido acético un ácido débil. Del mismo modo, también hay bases fuertes y débiles. Una base fuerte como el hidróxido de potasio, con sus más abundantes iones de hidróxido, aceptará más fácilmente protones que una base débil como el amoníaco. Cuanto mayor sea el número, más fuerte será la base.

Aunque el papel tornasol es eficaz para indicar si una sustancia es ácida o básica, no puede informar de un valor numérico exacto de pH. Para ello se utilizan indicadores universales o medidores de pH. Los indicadores universales están compuestos por 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 en qué lugar de la escala de pH se encuentra la solución en cuestión. Los indicadores universales pueden impregnarse en papel y convertirse en papel de pH o pueden utilizarse en forma líquida. Con cada indicador universal se suministra una tarjeta de color de referencia que correlaciona un color particular con un rango de pH. En general, 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 8-9. Esto significa que los indicadores universales pueden determinar cuantitativamente el pH de una muestra dentro de un rango determinado.

Los medidores de pH permiten una cuantificación aún más precisa al utilizar la electricidad para determinar un valor numérico de pH. Se coloca una sonda en la muestra de prueba y una corriente de electricidad fluye a través de la sonda. Como la electricidad está compuesta por 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 por el medidor. Este número se convierte en un valor numérico de pH que puede ser leído por el observador.

Historia

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 la ropa 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 más conocido por su Ley de los Volúmenes Combinados, que afirma que siempre que se forman gases o reaccionan entre sí a una temperatura y presión constantes, sus volúmenes se encuentran en proporciones de números enteros pequeños. En otras palabras, cuando los gases se combinan, lo hacen siempre de la misma manera siempre que la temperatura y la presión se mantengan iguales.

Materias primas

Las principales materias primas utilizadas para la fabricación del papel tornasol son la celulosa de la madera, los líquenes y los compuestos adjuntos. El papel tornasol, como su nombre indica, se compone principalmente de papel. El papel utilizado para fabricar el papel tornasol debe estar libre de contaminantes que puedan modificar el pH del sistema que está midiendo. Como la mayoría de los papeles, el papel tornasol se fabrica con 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 disolventes más comunes en Estados Unidos es un sulfato, ya sea de sodio o de magnesio.

La capacidad del papel tornasol de cambiar de color cuando se expone a un ácido o a una base es el resultado de que el papel tornasol esté impregnado de líquenes. En el mundo de las plantas, los líquenes son únicos porque en realidad son dos organismos distintos, un hongo y un alga, que viven como uno solo. Los botánicos clasifican los líquenes como hongos porque se considera que son los responsables de la reproducción sexual. Sin embargo, cada liquen tiene su propio nombre. Se han identificado aproximadamente 15.000 tipos diferentes de líquenes. Los líquenes pueden encontrarse creciendo en rocas, árboles y paredes, en el suelo e incluso bajo el agua en prácticamente todo tipo de climas. Los líquenes se utilizan habitualmente como indicadores de la calidad del medio ambiente porque son sensibles a diversos contaminantes. Se utilizan varias variedades de líquenes para producir tornasol, como la rocella tinctoria, originaria del Mediterráneo, y la lecanora tartarea, un liquen común en los Países Bajos. De hecho, los Países Bajos son uno de los mayores productores de productos de papel tornasol.

Diseño

La mayoría de los papeles tornasol y otros tipos de indicadores de pH se venden a través de casas de suministros científicos. El papel tornasol está disponible en las variedades roja y azul. 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 fabrica. Esto hace que el papel se vuelva rojo. Cuando se pone 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 líquenes, y el papel se seca y se envasa.

Conversión de la pulpa de madera

• 1 En este primer paso, la madera se tritura y se mezcla con un disolvente y agua bajo presión de vapor. La masa resultante se llama pulpa de madera. La pulpa se extiende sobre una cinta de malla metálica y se hace pasar por unos rodillos. Esto crea
  

  La escala de pH.

  Una fina capa que puede secarse y convertirse en papel utilizable. Una caja de madera debajo de la cinta recoge el agua de escorrentía. Como hay fibra rescatable 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 cinta. A medida que el papel se desplaza a lo largo de la cinta, pasa por debajo de una malla o cilindro de alambre llamado dandy roll. El propósito del rodillo dandy es dar al papel una trama o marca de agua que identifique el grado de papel y el fabricante. El papel continúa su viaje por la cinta transportadora, donde se presiona entre dos rodillos cubiertos de fieltro (rodillos de acoplamiento) que obligan a las fibras a unirse exprimiendo agua adicional.
• 3 Desde estos rodillos de acoplamiento el papel es empujado a través de dos conjuntos de rodillos de prensa metálicos lisos dejando el papel con un acabado liso. El papel se seca completamente sometiéndolo a rodillos calentados, se corta con cortadoras giratorias y se enrolla en bobinas.

Infusión de líquenes

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

Empaquetado

• 6 Una vez preparado el papel, se envía a una estación de empaquetado final. El papel tornasol suele venderse en tiras precortadas. Los fabricantes colocan las tiras en frascos de plástico resellables. Es importante que el envase evite que las tiras queden expuestas a la humedad, ya que cualquier líquido que entre en contacto con el papel tornasol puede hacer que el indicador cambie de color. Es posible, aunque no tan común, comprar el papel tornasol en rollos que pueden ser cortados por el usuario. Los fabricantes también suministran instrucciones escritas con cada paquete de papel tornasol para que el usuario sepa cómo utilizar el producto correctamente. En el caso de los papeles indicadores universales o las soluciones, las instrucciones escritas no son suficientes. También se suministra una tarjeta de referencia de color para que el usuario pueda comparar el resultado de la prueba con la tarjeta de referencia para determinar el pH.

El futuro

El papel tornasol seguirá siendo, con toda seguridad, muy utilizado en la enseñanza debido a su coste razonable y a su facilidad de uso. Sin embargo, algunas variedades de líquenes se están extinguiendo. Por ello, es posible que los fabricantes de papel tornasol se pasen a materiales sintéticos en el futuro. Esto ya lo están haciendo los fabricantes de otros tipos de papel de pH. Además, como el tornasol no puede dar resultados cuantitativos, no puede sustituir a otros papeles de pH ni a los medidores de pH. De hecho, la tendencia es fabricar indicadores de pH aún más precisos y menos subjetivos. Una de estas tendencias es utilizar sondas de fibra óptica en los medidores de pH para hacerlos aún más sensibles.