Лакмусовая бумага

<час />

Лакмусовая бумага - самый признанный член химических индикаторов. Как и большинство pH-бумаг, лакмус меняет цвет при воздействии кислого или щелочного раствора. Простая шкала pH находится в диапазоне от 0 до 14, где 0 - наиболее кислая, 7 - нейтральная, а 14 - самая основная или щелочная. Лакмусовая бумага обычно используется на уроках педагогических наук. Поскольку он получил такое широкое признание, он также стал культурным ориентиром в нашем обществе. Термин лакмусовая бумажка обычно используется при описании теста, в котором результат определяет единственный фактор.

Фон

Лакмусовая бумага позволяет наблюдателю оценить pH образца. pH - это способ охарактеризовать относительную кислотную или щелочную природу вещества на основе концентрации в нем ионов водорода. Ион - это атом, который несет электрический заряд и поэтому реагирует с окружающей средой. Кислотное вещество выделяет в воду ионы водорода (H +). Кислоты известны как доноры протонов, потому что у иона H + есть один дополнительный положительно заряженный протон, который пытается стабилизировать себя путем объединения с отрицательно заряженным ионом. Основное вещество выделяет в воде гидроксид-ион (ОН-). Основания называются акцепторами протонов, потому что ион гидроксида принимает протон, чтобы стабилизироваться. Интересно, что когда кислоты и основания объединяются, получается нейтральная соль. Например, сильная кислота, такая как соляная кислота, в сочетании с гидроксидом натрия (сильное основание) приводит к реакции нейтрализации с побочными продуктами хлорида натрия (поваренная соль) и водой.

pH - важный биологический индикатор, потому что большинство форм жизни имеют очень небольшой диапазон pH, в котором они могут выжить. Например, кислотно-щелочное соотношение в организме человека - это тонкий баланс. Даже небольшое изменение pH крови в любом направлении может привести к смерти. Растения также чувствительны к незначительным изменениям pH в почве. Поэтому слишком кислую для растения почву нейтрализуют кальциево-карбонатным удобрением - основой.

Простая шкала pH находится в диапазоне от 0 до 14, где 7 - нейтральный показатель. Числа меньше 7 считаются кислотными, а числа больше 7 - основными. Чем меньше число, тем кислотнее раствор. Это означает, что вещество с pH 1 будет иметь большую способность отдавать протон другой молекуле или иону, чем вещество с pH 4. Например, серная кислота очень эффективна при переносе гидроксид-иона, в то время как уксусная кислота (уксус) нет. Таким образом, серная кислота считается сильной кислотой, а уксусная кислота - слабой кислотой. Точно так же есть сильные и слабые основания. Сильное основание, такое как гидроксид калия, с его более многочисленными гидроксид-ионами, с большей готовностью принимает протоны, чем слабое основание, такое как аммиак. Чем больше число, тем прочнее основание.

Хотя лакмусовая бумага эффективна для определения того, является ли вещество кислым или основным, она не может сообщить точное численное значение pH. Для этого используются универсальные индикаторы или pH-метры. Универсальные индикаторы состоят из множества материалов, каждый из которых меняет свой цвет при разных значениях pH, что позволяет наблюдателю более точно определить, где находится рассматриваемый раствор на шкале pH. Универсальные индикаторы могут быть импрегнированы на бумаге и превращены в pH-бумагу, или они могут использоваться в жидкой форме. К каждому универсальному индикатору прилагается эталонная цветовая карта, которая коррелирует определенный цвет с диапазоном pH. Вообще говоря, большинство универсальных индикаторов имеют точность в пределах двух значений шкалы pH. Например, результат зеленого цвета может указывать на pH от 8 до 9. Это означает, что универсальные индикаторы могут количественно определять pH образца в определенном диапазоне.

pH-метры позволяют проводить еще более точную количественную оценку, используя электричество для определения числового значения pH. В исследуемый образец помещается зонд, и через зонд протекает электрический ток. Поскольку электричество состоит из электронов, которые имеют отрицательный заряд, сила тока, протекающего через измеритель, прямо пропорциональна концентрации ионов водорода. Чем больше ионов H + в растворе, тем больше тока будет проходить через измеритель. Затем это число преобразуется в числовое значение pH, которое может прочитать наблюдатель.

История

Термин лакмус происходит от древнескандинавского слова, означающего «красить или раскрашивать». Это уместно, поскольку лишайники, из которых делают лакмус, также использовались для окрашивания ткани в течение сотен лет. О происхождении лакмусовой бумажки известно очень мало. Есть некоторые данные, свидетельствующие о том, что лакмусовая бумага была разработана французским химиком Ж.Л. Гей-Люссаком в начале 1800-х годов. Гей-Люссак наиболее известен своим законом объединения объемов, который гласит, что всякий раз, когда газы образуются или вступают в реакцию друг с другом при постоянной температуре и давлении, их объемы находятся в небольших целочисленных отношениях. Другими словами, когда газы объединяются, они всегда делают это одинаково, при условии, что температура и давление остаются неизменными.

Сырье

Основным сырьем, используемым для изготовления лакмусовой бумаги, является древесная целлюлоза, лишайники и вспомогательные соединения. Лакмусовая бумага, как следует из названия, в основном состоит из бумаги. Бумага, используемая для изготовления лакмусовой бумаги, не должна содержать загрязняющих веществ, которые могут изменить pH измеряемой системы. Как и большая часть бумаги, лакмусовая бумага изготавливается из древесной целлюлозы. Перед изготовлением бумаги древесину обрабатывают растворителями, чтобы удалить из нее смолистые материалы и лигнин. Одним из наиболее распространенных растворителей в США является сульфат натрия или сульфат магния.

Способность лакмусовой бумаги изменять цвет при воздействии кислоты или основания является результатом того, что лакмусовая бумага пропитана лишайниками. В растительном мире лишайники уникальны тем, что на самом деле это два разных организма, гриб и водоросль, живущие как одно целое. Ботаники классифицируют лишайники как грибы, потому что именно грибы считаются ответственными за половое размножение. Однако у каждого лишайника есть собственное название. Выявлено около 15 000 различных типов лишайников. Лишайники растут на камнях, деревьях и стенах, в почве и даже под водой практически во всех типах климата. Лишайники обычно используются в качестве индикатора качества окружающей среды, поскольку они чувствительны к различным загрязнителям. Для производства лакмуса используются несколько разновидностей лишайников, в том числе rocella tinctoria, родом из Средиземноморья и lecanora tartarea, распространенный лишай в Нидерландах. Фактически, Нидерланды являются одним из крупнейших производителей лакмусовой бумажной продукции.

Дизайн

Большая часть лакмусовой бумаги и других индикаторов pH продается через научные магазины. Лакмусовая бумага доступна как в красном, так и в синем вариантах. Естественный цвет лакмусовой бумаги - синий. При помещении в кислый раствор синяя бумага становится красной. При изготовлении красную лакмусовую бумагу сначала смешивают с кислотой. Из-за этого бумага становится красной. Когда кладется в присутствии основы, бумага возвращается к своему естественному синему цвету.

Производственный процесс

Производство лакмусовой бумаги имеет много общего с производством бумаги. В этом процессе древесная масса превращается в бумагу, бумага пропитывается раствором лишайника, а бумага сушится и упаковывается.

Обработка древесной массы

• 1 На этом первом этапе древесина измельчается и смешивается с растворителем и водой под давлением пара. Полученная масса называется древесной массой. Мякоть распределяется по ленте из проволочной сетки и проходит через ролики. Это создает Шкала pH. тонкий слой, который можно высушить и превратить в пригодную для использования бумагу. Деревянный ящик под лентой улавливает стоки воды. Поскольку в этой воде есть утилизируемая клетчатка, ее повторно смешивают с мякотью.
• 2 Для ускорения процесса сушки используются насосы для всасывания воздуха под лентой. Когда бумага движется по ленте, она проходит под сетчатым или проволочным цилиндром, называемым денди-роликом. Назначение рулона денди - придать бумаге переплетение или водяной знак, который идентифицирует сорт бумаги и производителя. Бумага продолжает свой путь вниз по конвейерной ленте, где она прижимается между двумя покрытыми войлоком валками (раскладывающими валками), которые заставляют волокна связываться вместе, выделяя дополнительную воду.
• 3 С этих прижимных валков бумага проталкивается через два набора гладких металлических прижимных валков, оставляя бумагу гладкой. Бумагу полностью сушат, подвергая ее нагретым роликам, разрезают вращающимися ножами и наматывают на катушки.

Настой лишайников

• 4 Чтобы сделать бумагу активным pH, ее затем настаивают водным раствором, состоящим в основном из лишайников. Это делается путем пропуска бумаги через ванну с раствором. Он впитывает раствор, а затем пропускается, чтобы дать ему возможность забродить и высохнуть.
• 5 Лишайникам позволяют ферментировать в присутствии карбоната калия и аммиака. После брожения масса приобретает синий цвет и затем смешивается с мелом. Синяя лакмусовая бумага изготавливается путем пропитки белой бумаги настоем упомянутой выше лакмусовой бумаги. Затем бумагу осторожно сушат на открытом воздухе. Красный лакмус готовится аналогичным образом, но добавляется небольшой процент серной или соляной кислоты, чтобы он стал красным.

Упаковка

• 6 После подготовки бумага отправляется на станцию ​​окончательной упаковки. Лакмусовая бумага обычно продается предварительно нарезанными полосками. Производители помещают полоски в герметичные пластиковые флаконы. Важно, чтобы упаковка не допускала воздействия влаги на полоски, поскольку любая жидкость, контактирующая с лакмусовой бумагой, может вызвать изменение цвета индикатора. Можно, хотя и не так часто, покупать лакмусовую бумагу в рулонах, которые пользователь может разрезать. Производители также прилагают письменные инструкции к каждой пачке лакмусовой бумаги, чтобы пользователь знал, как правильно использовать продукт. В случае универсальных индикаторных бумаг или растворов письменных инструкций недостаточно. Также предоставляется справочная цветная карта, чтобы пользователь мог сопоставить результат теста с эталонной картой для определения pH.

Будущее

Лакмусовая бумага, несомненно, будет и дальше широко использоваться в образовании из-за ее разумной стоимости и простоты использования. Однако некоторые разновидности лишайников вымирают. В результате не исключено, что производители лакмусовой бумаги в будущем могут перейти на синтетические материалы. Это уже делают производители других типов pH-бумаг. Кроме того, поскольку лакмус не может дать количественных результатов, он не может заменить другие pH-метры и pH-метры. Фактически, есть тенденция делать индикаторы pH еще более точными и менее субъективными. Одна из таких тенденций заключается в использовании оптоволоконных датчиков в pH-метрах, чтобы сделать их еще более чувствительными.