Guinguette Marais Poitevin

La carta tornasole è il membro più riconosciuto degli indicatori chimici. Come la maggior parte delle carte da pH, il tornasole cambia colore quando viene esposto a una soluzione acida o basica. La semplice scala del pH va da 0 a 14, dove 0 è il più acido, 7 è neutro e 14 è il più basico o alcalino. La carta tornasole è comunemente usata nelle classi di scienze educative. Poiché ha un riconoscimento così ampio, è diventata anche un riferimento culturale nella nostra società. È comune usare il termine cartina tornasole quando ci si riferisce a un test in cui un singolo fattore determina il risultato.

Background

La cartina tornasole permette all’osservatore di valutare il pH di un campione. Il pH è un modo per caratterizzare la natura relativamente acida o basica di una sostanza basata sulla sua concentrazione di ioni idrogeno. Uno ione è un atomo che porta una carica elettrica ed è quindi reattivo con il suo ambiente. Una sostanza acida rilascia ioni idrogeno (H+) in acqua. Gli acidi sono conosciuti come donatori di protoni perché lo ione H+ ha un protone extra caricato positivamente che cerca di stabilizzarsi combinandosi con uno ione caricato negativamente. Una sostanza basica rilascia uno ione idrossido (OH-) in acqua. Le basi sono chiamate accettori di protoni perché lo ione idrossido accetterà un protone per stabilizzarsi. È interessante notare che quando acidi e basi sono combinati, il risultato è un sale neutro. Per esempio, un acido forte come l’acido cloridrico combinato con idrossido di sodio (una base forte) provoca una reazione di neutralizzazione con i sottoprodotti cloruro di sodio (sale da cucina) e acqua.

Il pH è un importante indicatore biologico perché la maggior parte delle forme di vita hanno una gamma molto piccola di pH in cui possono sopravvivere. Per esempio, il rapporto acido-base nel corpo umano è un equilibrio delicato. Anche un leggero cambiamento del pH del sangue in una delle due direzioni può portare alla morte. Anche le piante sono suscettibili a minuscoli cambiamenti di pH nel terreno. Ecco perché un terreno troppo acido per una pianta viene neutralizzato con un fertilizzante a base di carbonato di calcio.

La semplice scala del pH va da 0 a 14, dove 7 è neutro. Numeri inferiori a 7 sono considerati acidi e numeri superiori a 7 sono considerati basici. Più piccolo è il numero più la soluzione è acida. Ciò significa che una sostanza con un pH di 1 avrebbe una maggiore capacità di donare un protone a un’altra molecola o ione rispetto a una sostanza con un pH di 4. Per esempio, l’acido solforico è molto efficace nel trasferire uno ione idrossido, mentre l’acido acetico (aceto) non lo è. Pertanto, l’acido solforico è considerato un acido forte e l’acido acetico è considerato un acido debole. Allo stesso modo, ci sono anche basi forti e deboli. Una base forte come l’idrossido di potassio, con i suoi ioni idrossido più abbondanti, accetterà più facilmente protoni di una base debole come l’ammoniaca. Maggiore è il numero, più forte è la base.

Mentre la cartina tornasole è efficace per indicare se una sostanza è acida o basica, non può riportare un esatto valore numerico del pH. Gli indicatori universali o i misuratori di pH sono usati per questo scopo. Gli indicatori universali sono composti da una varietà di materiali, ognuno dei quali cambia colore a diversi valori di pH, il che permette all’osservatore di determinare più precisamente dove cade la soluzione in questione sulla scala del pH. Gli indicatori universali possono essere impregnati su carta e trasformati in carta pH o possono essere usati in forma liquida. Una carta di colore di riferimento è fornita con ogni indicatore universale che correla un colore particolare con un intervallo di pH. In generale, la maggior parte degli indicatori universali sono accurati entro due valori sulla scala del pH. Per esempio, un risultato verde potrebbe indicare un pH da 8-9. Questo significa che gli indicatori universali possono determinare quantitativamente il pH di un campione entro un certo intervallo.

I misuratori di pH permettono una quantificazione ancora più precisa utilizzando l’elettricità per determinare un valore numerico del pH. Una sonda viene messa nel campione e una corrente elettrica scorre attraverso la sonda. Poiché l’elettricità è composta da elettroni, che hanno una carica negativa, la forza della corrente che scorre attraverso il misuratore è direttamente proporzionale alla concentrazione di ioni idrogeno. Più ioni H+ ci sono nella soluzione, più corrente scorrerà attraverso il misuratore. Questo numero viene poi convertito in un valore numerico di pH che può essere letto dall’osservatore.

Storia

Il termine tornasole deriva da una vecchia parola norrena che significa “tingere o colorare”. Questo è appropriato dato che i licheni usati per fare il tornasole sono stati usati anche per tingere i tessuti per centinaia di anni. Sono disponibili pochissime informazioni sulle origini del tornasole. Ci sono alcuni dati che suggeriscono che il tornasole è stato sviluppato da J.L. Gay-Lussac, un chimico francese nei primi anni del 1800. Gay-Lussac è meglio conosciuto per la sua legge dei volumi combinati, che afferma che ogni volta che i gas si formano o reagiscono tra loro a temperatura e pressione costante, i loro volumi sono in piccoli rapporti di numeri interi. In altre parole, quando i gas si combinano, lo fanno sempre nello stesso modo, a condizione che la temperatura e la pressione rimangano le stesse.

Materie prime

Le materie prime primarie usate per fare la carta tornasole sono la cellulosa del legno, i licheni e i composti aggiunti. Le cartine tornasole, come dice il nome, sono composte principalmente da carta. La carta usata per fare le cartine tornasole deve essere priva di contaminanti che potrebbero cambiare il pH del sistema che sta misurando. Come la maggior parte della carta, le cartine tornasole sono fatte di cellulosa di legno. Il legno viene trattato con solventi prima della fabbricazione della carta per rimuovere il materiale resinoso e la lignina dal legno. Uno dei solventi più comuni negli Stati Uniti è un solfato – solfato di sodio o di magnesio.

La capacità delle cartine tornasole di cambiare colore quando sono esposte a un acido o a una base è il risultato di un infuso di licheni. Nel mondo vegetale, i licheni sono unici in quanto sono in realtà due organismi distinti, un fungo e un’alga, che vivono come uno solo. I botanici classificano i licheni come funghi perché sono i funghi che sono considerati responsabili della riproduzione sessuale. Tuttavia, ogni lichene ha il suo nome distinto. Sono stati identificati circa 15.000 tipi diversi di licheni. I licheni possono essere trovati a crescere su rocce, alberi e pareti, nel suolo e anche sotto l’acqua in quasi tutti i tipi di clima. I licheni sono comunemente usati come indicatori di qualità ambientale perché sono sensibili a vari inquinanti. Diverse varietà di licheni sono utilizzate per produrre il tornasole, tra cui la rocella tinctoria, originaria del Mediterraneo, e la lecanora tartarea, un lichene comune nei Paesi Bassi. In effetti, i Paesi Bassi sono uno dei maggiori produttori di tornasole.

Design

La maggior parte delle cartine tornasole e altri tipi di indicatori di pH sono venduti attraverso le case di fornitura scientifica. Le cartine tornasole sono disponibili sia in varietà rosse che blu. Il colore naturale delle cartine tornasole è il blu. Quando viene messa in una soluzione acida la carta blu diventa rossa. Le cartine tornasole rosse vengono prima mescolate con un acido quando vengono prodotte. Questo fa sì che la carta appaia rossa. Quando viene messa in presenza di una base, la carta ritorna al suo colore blu naturale.

Il processo di fabbricazione

La produzione delle cartine tornasole ha molte caratteristiche in comune con la fabbricazione della carta. In questo processo, la pasta di legno viene convertita in carta, la carta viene infusa con la soluzione di lichene, e la carta viene asciugata e confezionata.

Conversione della pasta di legno

• 1 In questa prima fase, il legno viene triturato e mescolato con un solvente e acqua sotto pressione di vapore. La massa risultante è chiamata pasta di legno. La polpa viene stesa su un nastro di rete metallica e passata su dei rulli. Questo crea
  

  uno strato sottile che può essere asciugato e trasformato in carta utilizzabile. Una scatola di legno sotto il nastro cattura il deflusso dell’acqua. Poiché in quest’acqua c’è della fibra recuperabile, essa viene rimescolata con la polpa.

• 2 Per accelerare il processo di asciugatura, si usano pompe di aspirazione dell’aria sotto il nastro. Mentre la carta si muove lungo il nastro, passa sotto una rete o un cilindro di filo chiamato dandy roll. Lo scopo del dandy roll è di dare alla carta una trama o una filigrana che identifica la qualità della carta e il produttore. La carta continua il suo viaggio lungo il nastro trasportatore dove viene pressata tra due rulli ricoperti di feltro (rulli di couching) che costringono le fibre a legarsi insieme esprimendo ulteriore acqua.
• 3 Da questi cilindri di pressatura la carta viene spinta attraverso due serie di rulli di metallo lisci che lasciano la carta con una finitura liscia. La carta viene completamente asciugata sottoponendola a rulli riscaldati, tagliata da taglierine rotanti e avvolta su bobine.

Infusione di licheni

• 4 Per rendere la carta pH attivo, viene poi infusa con una soluzione acquosa composta principalmente da licheni. Questo viene fatto facendo scorrere la carta in un bagno di soluzione. Essa assorbe la soluzione e viene poi passata per farla fermentare e asciugare.
• 5 I licheni sono lasciati fermentare in presenza di carbonato di potassio e ammoniaca. Dopo la fermentazione, la massa ha un colore blu e viene poi mescolata con il gesso. La cartina di tornasole blu viene preparata impregnando la carta bianca in un’infusione della miscela di tornasole di cui sopra. La carta viene poi accuratamente asciugata all’aria aperta. Il tornasole rosso è preparato in modo simile, ma viene aggiunta una piccola percentuale di acido solforico o cloridrico per farlo diventare rosso.

Imballaggio

• 6 Dopo che la carta è stata preparata, viene inviata ad una stazione di imballaggio finale. La carta tornasole è tipicamente venduta in strisce pretagliate. I produttori mettono le strisce in fiale di plastica richiudibili. È importante che l’imballaggio impedisca alle strisce di essere esposte all’umidità, poiché qualsiasi liquido che entra in contatto con la cartina tornasole potrebbe far cambiare colore all’indicatore. È possibile, anche se non così comune, acquistare cartine tornasole in rotoli che possono essere tagliati dall’utente. I produttori forniscono anche indicazioni scritte con ogni confezione di cartine tornasole in modo che l’utente sappia come utilizzare correttamente il prodotto. Nel caso delle cartine indicatrici universali o delle soluzioni, le istruzioni scritte non sono sufficienti. Viene anche fornita una carta di riferimento a colori in modo che l’utente possa abbinare il risultato del test alla carta di riferimento per determinare il pH.

Il futuro

La carta tornasole continuerà sicuramente ad essere molto usata nell’educazione grazie al suo costo ragionevole e alla facilità d’uso. Tuttavia, alcune varietà di licheni si stanno estinguendo. Di conseguenza, è possibile che i produttori di cartine tornasole passino in futuro a materiali sintetici. Questo viene già fatto dai produttori di altri tipi di carte per il pH. Inoltre, poiché il tornasole non può dare risultati quantitativi, non può sostituire altre carte pH e misuratori di pH. Infatti, la tendenza è quella di fare indicatori di pH che siano ancora più accurati e meno soggettivi. Una di queste tendenze è quella di utilizzare sonde a fibra ottica nei misuratori di pH per renderli ancora più sensibili.