lakmoespapier

Lakmoespapier is het meest erkende lid van chemische indicatoren. Zoals het meeste pH-papier, verandert lakmoes van kleur wanneer het wordt blootgesteld aan een zure of basische oplossing. De eenvoudige pH-schaal loopt van 0-14, waarbij 0 het meest zuur is, 7 neutraal en 14 het meest basisch of alkalisch. Lakmoespapier wordt vaak gebruikt in de lessen onderwijskunde. Omdat het zo'n brede erkenning geniet, is het ook in onze samenleving een culturele referentie geworden. Het is gebruikelijk om de term lakmoesproef te gebruiken wanneer wordt verwezen naar een test waarbij een enkele factor de uitkomst bepaalt.

Achtergrond

Lakmoespapier geeft een waarnemer de mogelijkheid om de pH van een monster te beoordelen. pH is een manier om de relatieve zure of basische aard van een stof te karakteriseren op basis van de waterstofionconcentratie. Een ion is een atoom dat een elektrische lading draagt ​​en daarom reactief is met zijn omgeving. Een zure stof maakt waterstofionen (H+) vrij in water. Zuren staan ​​bekend als protondonoren omdat het H+-ion één extra positief geladen proton heeft dat zichzelf probeert te stabiliseren door te combineren met een negatief geladen ion. Een basische stof geeft een hydroxide-ion (OH-) af in water. Basen worden protonacceptoren genoemd omdat het hydroxide-ion een proton zal accepteren om zichzelf te stabiliseren. Interessant genoeg, wanneer zuren en basen worden gecombineerd, is het resultaat een neutraal zout. Een sterk zuur zoals zoutzuur in combinatie met natriumhydroxide (een sterke base) resulteert bijvoorbeeld in een neutralisatiereactie met de bijproducten natriumchloride (keukenzout) en water.

pH is een belangrijke biologische indicator omdat de meeste levensvormen een zeer klein pH-bereik hebben waarin ze kunnen overleven. Zo is de zuur-baseverhouding in het menselijk lichaam een ​​delicaat evenwicht. Zelfs een kleine verandering in de pH van het bloed in beide richtingen kan de dood tot gevolg hebben. Planten zijn ook gevoelig voor minieme pH-veranderingen in de bodem. Daarom wordt grond die te zuur is voor een plant geneutraliseerd met calciumcarbonaatmest, een base.

De eenvoudige pH-schaal varieert van 0-14 waarbij 7 neutraal is. Getallen kleiner dan 7 worden als zuur beschouwd en getallen groter dan 7 worden als basisch beschouwd. Hoe kleiner het getal, hoe zuurder de oplossing. Dit betekent dat een stof met een pH van 1 een groter vermogen heeft om een ​​proton af te staan ​​aan een ander molecuul of ion dan een stof met een pH van 4. Zwavelzuur is bijvoorbeeld zeer effectief in het overbrengen van een hydroxide-ion, terwijl azijnzuur (azijn) niet. Daarom wordt zwavelzuur als een sterk zuur beschouwd en wordt azijnzuur als een zwak zuur beschouwd. Evenzo zijn er ook sterke en zwakke basen. Een sterke base zoals kaliumhydroxide, met zijn overvloedigere hydroxide-ionen, zal gemakkelijker protonen accepteren dan een zwakke base zoals ammoniak. Hoe groter het getal, hoe sterker de basis.

Hoewel lakmoespapier effectief is om aan te geven of een stof zuur of basisch is, kan het geen exacte numerieke pH-waarde rapporteren. Hiervoor worden universele indicatoren of pH-meters gebruikt. Universele indicatoren zijn samengesteld uit een verscheidenheid aan materialen, die elk van kleur veranderen bij verschillende pH-waarden, waardoor de waarnemer nauwkeuriger kan bepalen waar de betreffende oplossing op de pH-schaal valt. Universele indicatoren kunnen op papier worden geïmpregneerd en tot pH-papier worden verwerkt of ze kunnen in vloeibare vorm worden gebruikt. Bij elke universele indicator wordt een referentiekleurenkaart geleverd die een bepaalde kleur correleert met een pH-bereik. Over het algemeen zijn de meeste universele indicatoren nauwkeurig tot binnen twee waarden op de pH-schaal. Een groen resultaat kan bijvoorbeeld een pH van 8-9 aangeven. Dit betekent dat universele indicatoren de pH van een monster binnen een bepaald bereik kwantitatief kunnen bepalen.

pH-meters maken een nog nauwkeurigere kwantificering mogelijk door elektriciteit te gebruiken om een ​​numerieke pH-waarde te bepalen. Een sonde wordt in het testmonster geplaatst en een stroom van elektriciteit stroomt door de sonde. Aangezien elektriciteit bestaat uit elektronen, die een negatieve lading hebben, is de kracht van de stroom die door de meter vloeit recht evenredig met de waterstofionenconcentratie. Hoe meer H+-ionen in de oplossing, hoe meer stroom er door de meter gaat. Dit getal wordt vervolgens omgezet in een numerieke pH-waarde die door de waarnemer kan worden afgelezen.

Geschiedenis

De term lakmoes komt van een Oud-Noors woord dat 'verven of kleuren' betekent. Dit is passend omdat de korstmossen die worden gebruikt om lakmoes te maken, ook al honderden jaren worden gebruikt om stoffen te verven. Er is zeer weinig informatie beschikbaar over het begin van lakmoes. Er zijn enkele gegevens die suggereren dat lakmoespapier werd ontwikkeld door J.L. Gay-Lussac, een Franse chemicus in het begin van de 19e eeuw. Gay-Lussac is vooral bekend om zijn wet van het combineren van volumes, die stelt dat wanneer gassen worden gevormd of met elkaar reageren bij een constante temperatuur en druk, hun volumes in kleine verhoudingen van gehele getallen zijn. Met andere woorden, wanneer gassen worden gecombineerd, doen ze dat altijd op dezelfde manier, op voorwaarde dat de temperatuur en druk hetzelfde blijven.

Grondstoffen

De primaire grondstoffen die worden gebruikt voor het maken van lakmoespapier zijn houtcellulose, korstmossen en hulpstoffen. Lakmoespapier, zoals de naam al aangeeft, bestaat voornamelijk uit papier. Het papier dat wordt gebruikt om lakmoespapier te maken, moet vrij zijn van verontreinigingen die de pH van het meetsysteem kunnen veranderen. Zoals het meeste papier, wordt lakmoespapier gemaakt van houtcellulose. Het hout wordt voorafgaand aan de papierproductie behandeld met oplosmiddelen om harsachtig materiaal en lignine uit het hout te verwijderen. Een van de meest voorkomende oplosmiddelen in de Verenigde Staten is een sulfaat, ofwel natriumsulfaat of magnesiumsulfaat.

Het vermogen van lakmoespapier om van kleur te veranderen wanneer het wordt blootgesteld aan een zuur of base, is het gevolg van het feit dat lakmoespapier doordrenkt is met korstmossen. In de plantenwereld zijn korstmossen uniek omdat het eigenlijk twee verschillende organismen zijn, een schimmel en een alg, die als één leven. Botanici classificeren korstmossen als schimmels omdat het de schimmels zijn die verantwoordelijk worden geacht voor seksuele voortplanting. Elk korstmos heeft echter zijn eigen specifieke naam. Er zijn ongeveer 15.000 verschillende soorten korstmossen geïdentificeerd. Korstmossen groeien op rotsen, bomen en muren, in de grond en zelfs onder water in vrijwel alle soorten klimaten. Korstmossen worden vaak gebruikt als graadmeter voor de kwaliteit van het milieu, omdat ze gevoelig zijn voor verschillende verontreinigende stoffen. Er worden verschillende soorten korstmossen gebruikt om lakmoes te produceren, waaronder rocella tinctoria, inheems in de Middellandse Zee, en lecanora tartarea, een veelvoorkomend korstmos in Nederland. Nederland is zelfs een van de grootste producenten van lakmoespapierproducten.

Ontwerp

Het meeste lakmoespapier en andere soorten pH-indicatoren worden verkocht via wetenschappelijke leveranciers. Lakmoespapier is verkrijgbaar in zowel rode als blauwe varianten. De natuurlijke kleur voor lakmoespapier is blauw. Wanneer het in een zure oplossing wordt gedaan, wordt het blauwe papier rood. Rood lakmoespapier wordt bij het maken eerst gemengd met een zuur. Hierdoor wordt het papier rood. Wanneer het in de aanwezigheid van een basis wordt geplaatst, keert het papier terug naar zijn natuurlijke blauwe kleur.

Het fabricageproces

De productie van lakmoespapier heeft veel raakvlakken met de papierfabricage. In dit proces wordt de houtpulp omgezet in papier, het papier wordt doordrenkt met de korstmosoplossing en het papier wordt gedroogd en verpakt.

Houtpulp omzetten

• 1 In deze eerste stap wordt hout versnipperd en onder stoomdruk gemengd met een oplosmiddel en water. De resulterende massa wordt houtpulp genoemd. De pulp wordt op een band van gaas uitgespreid en over rollen geleid. Dit creëert De pH-schaal. een dunne laag die kan worden gedroogd en verwerkt tot bruikbaar papier. Een houten kist onder de riem vangt het afstromende water op. Omdat er in dit water bruikbare vezels zitten, wordt het opnieuw gemengd met de pulp.
• 2 Om het droogproces te versnellen wordt gebruik gemaakt van luchtaanzuigpompen onder de band. Terwijl het papier langs de band beweegt, gaat het onder een gaas- of draadcilinder door, een dandyrol genaamd. Het doel van de dandy-rol is om het papier een weefsel of watermerk te geven dat de papierkwaliteit en de fabrikant identificeert. Het papier vervolgt zijn reis langs de transportband waar het tussen twee met vilt beklede rollen (bankrollen) wordt gedrukt die de vezels dwingen samen te binden door extra water uit te drukken.
• 3 Van deze bankrollen wordt het papier door twee sets gladde metalen persrollen geduwd, waardoor het papier een gladde afwerking krijgt. Het papier wordt volledig gedroogd door het te onderwerpen aan verwarmde rollen, gesneden door ronddraaiende messen en op rollen gewikkeld.

Infusie van korstmossen

• 4 Om de pH van het papier actief te maken, wordt het vervolgens doordrenkt met een waterige oplossing die voornamelijk uit korstmossen bestaat. Dit wordt gedaan door het papier door een bad van de oplossing te laten lopen. Het absorbeert de oplossing en wordt vervolgens doorgegeven om het te laten fermenteren en drogen.
• 5 De korstmossen mogen fermenteren in aanwezigheid van kaliumcarbonaat en ammoniak. Na de fermentatie heeft de massa een blauwe kleur en wordt vervolgens gemengd met krijt. Blauw lakmoespapier wordt bereid door wit papier te impregneren in een infusie van het bovengenoemde lakmoesmengsel. Het papier wordt vervolgens zorgvuldig in open lucht gedroogd. Rode lakmoes wordt op dezelfde manier bereid, maar een klein percentage zwavelzuur of zoutzuur wordt toegevoegd om het rood te laten worden.

Verpakking

• 6 Nadat het papier is voorbereid, wordt het naar een eindverpakkingsstation gestuurd. Lakmoespapier wordt meestal verkocht in voorgesneden stroken. Fabrikanten plaatsen de strips in hersluitbare plastic flesjes. Het is belangrijk dat de verpakking voorkomt dat de stroken worden blootgesteld aan vocht, aangezien elke vloeistof die in contact komt met het lakmoespapier de indicator van kleur kan doen veranderen. Het is mogelijk, hoewel niet zo gebruikelijk, om lakmoespapier te kopen op rollen die door de gebruiker kunnen worden gesneden. Fabrikanten leveren ook schriftelijke instructies bij elk pakket lakmoespapier, zodat de gebruiker weet hoe het product correct moet worden gebruikt. In het geval van universele indicatorpapieren of oplossingen zijn schriftelijke instructies niet voldoende. Er wordt ook een kleurreferentiekaart meegeleverd, zodat de gebruiker het testresultaat kan afstemmen op de referentiekaart om de pH te bepalen.

De Toekomst

Lakmoespapier zal zeker op grote schaal worden gebruikt in het onderwijs vanwege de redelijke kosten en het gebruiksgemak. Sommige soorten korstmossen zijn echter aan het uitsterven. Hierdoor is het mogelijk dat fabrikanten van lakmoespapier in de toekomst overstappen op kunststof. Dit wordt al gedaan door fabrikanten van andere soorten pH-papier. Bovendien, omdat lakmoes geen kwantitatieve resultaten kan geven, kan het andere pH-papieren en pH-meters niet vervangen. In feite is de trend om pH-indicatoren nog nauwkeuriger en minder subjectief te maken. Een van die trends is het gebruik van glasvezelprobes in pH-meters om ze nog gevoeliger te maken.