Litmus Paper

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リトマス紙は、化学指標の最も有名なメンバーです。ほとんどのpH紙と同様に、リトマスは酸性または塩基性の溶液にさらされると色が変わります。単純なpHスケールは、0〜14の範囲で、0が最も酸性、7が中性、14が最も塩基性またはアルカリ性です。リトマス紙は、一般的に教育科学の授業で使用されます。広く認知されていることから、私たちの社会でも文化的な参考になっています。単一の要因が結果を決定するテストを指す場合、リトマステストという用語を使用するのが一般的です。

背景

リトマス紙は、観察者にサンプルのpHを評価する機会を与えます。 pHは、水素イオン濃度に基づいて物質の相対的な酸性または塩基性の性質を特徴づける方法です。イオンは、電荷を運ぶ原子であるため、その環境と反応します。酸性物質は水中で水素イオン（H +）を放出します。酸は、H +イオンが負に帯電したイオンと結合することによってそれ自体を安定させようとする1つの余分な正に帯電したプロトンを持っているため、プロトン供与体として知られています。塩基性物質は水中で水酸化物イオン（OH-）を放出します。水酸化物イオンがプロトンを受け入れて安定化するため、塩基はプロトンアクセプターと呼ばれます。興味深いことに、酸と塩基を組み合わせると、中性の塩になります。たとえば、塩酸のような強酸を水酸化ナトリウム（強塩基）と組み合わせると、副生成物である塩化ナトリウム（食卓塩）と水との中和反応が起こります。

ほとんどの生命体は生き残ることができるpHの範囲が非常に狭いため、pHは重要な生物学的指標です。たとえば、人体の酸塩基比は微妙なバランスです。いずれかの方向の血液のpHのわずかな変化でさえ、死に至る可能性があります。植物はまた、土壌のわずかなpH変化の影響を受けやすくなっています。そのため、植物にとって酸性が強すぎる土壌は、塩基である炭酸カルシウム肥料で中和されます。

単純なpHスケールは0〜14の範囲で、7は中性です。 7未満の数値は酸性と見なされ、7を超える数値は塩基性と見なされます。数値が小さいほど、溶液は酸性になります。これは、pHが1の物質は、pHが4の物質よりも、プロトンを別の分子またはイオンに供与する能力が高いことを意味します。たとえば、硫酸は水酸化物イオンの移動に非常に効果的ですが、酢酸は（酢）ではありません。したがって、硫酸は強酸と見なされ、酢酸は弱酸と見なされます。同様に、強い基盤と弱い基盤もあります。水酸化物イオンが豊富な水酸化カリウムのような強塩基は、アンモニアのような弱塩基よりもプロトンを受け入れやすくなります。数値が大きいほど、ベースが強くなります。

リトマス紙は物質が酸性か塩基性かを示すのに効果的ですが、正確な数値のpH値を報告することはできません。この目的のために、万能指示薬またはpHメーターが使用されます。万能指示薬はさまざまな材料で構成されており、それぞれがさまざまなpH値でさまざまな色に変化するため、観察者は問題の溶液がpHスケールのどこにあるかをより正確に判断できます。万能指示薬は、紙に含浸させてpH紙にすることも、液体の形で使用することもできます。参照カラーカードには、特定の色をpH範囲と相関させる各ユニバーサルインジケーターが付属しています。一般的に言えば、ほとんどの万能指示薬は、pHスケールで2つの値の範囲内で正確です。たとえば、緑色の結果は、8〜9のpHを示している可能性があります。これは、万能指示薬が特定の範囲内でサンプルのpHを定量的に決定できることを意味します。

pHメーターは、電気を使用してpHの数値を決定することにより、さらに正確な定量化を可能にします。試験サンプルにプローブを入れ、プローブに電流を流します。電気は負の電荷を持つ電子で構成されているため、メーターを流れる電流の力は水素イオン濃度に正比例します。溶液中のH +イオンが多いほど、メーターを流れる電流が多くなります。次に、この数値は、観察者が読み取ることができる数値のpH値に変換されます。

歴史

リトマスという用語は、「染めるか着色する」という意味の古ノルド語に由来します。リトマスを作るために使用される地衣類は、何百年もの間布を染色するためにも使用されてきたので、これは適切です。リトマスの始まりについてはほとんど情報がありません。リトマス紙が1800年代初頭にフランスの化学者であるJ.L.ゲイリュサックによって開発されたことを示唆するデータがいくつかあります。ゲイ・ルサックは、ガスが形成されるか、一定の温度と圧力で互いに反応するときはいつでも、それらの体積は小さな整数比であると述べている、彼の体積結合の法則で最もよく知られています。言い換えれば、ガスが結合するとき、温度と圧力が同じである限り、それらは常に同じ方法で結合します。

原材料

リトマス紙の製造に使用される主な原材料は、木材セルロース、地衣類、および補助化合物です。リトマス紙は、その名前が示すように、主に紙で構成されています。リトマス紙の製造に使用される紙には、測定するシステムのpHを変化させる可能性のある汚染物質が含まれていてはなりません。ほとんどの紙のように、リトマス紙は木質セルロースから作られています。木材から樹脂材料とリグニンを除去するために、木材は製紙前に溶剤で処理されます。米国で最も一般的な溶媒の1つは、硫酸ナトリウムまたは硫酸マグネシウムのいずれかの硫酸塩です。

リトマス紙が酸または塩基にさらされたときに色が変わる能力は、リトマス紙に地衣類が注入された結果です。植物の世界では、地衣類は、実際には真菌と藻類という2つの異なる生物であり、1つとして生きているという点で独特です。植物学者は、有性生殖の原因であると考えられている菌類であるため、地衣類を菌類として分類します。ただし、各地衣類には独自の名前があります。約15,000種類の地衣類が確認されています。地衣類は、岩、木、壁、土壌、さらには事実上すべてのタイプの気候の水中で成長しているのを見つけることができます。地衣類は、さまざまな汚染物質に敏感であるため、環境品質のゲージとして一般的に使用されます。 rocella tinctoria、など、いくつかの種類の地衣類がリトマスの生産に使用されています。 地中海原産で、 lecanora tartarea、 オランダの一般的な地衣類。実際、オランダはリトマス紙製品の最大の生産国の1つです。

デザイン

ほとんどのリトマス紙および他のタイプのpH指示薬は、科学的な供給会社を通じて販売されています。リトマス紙は赤と青の両方の種類があります。リトマス紙の自然な色は青です。酸性溶液に入れると、青い紙が赤くなります。赤いリトマス紙は、それが作られるときに最初に酸と混合されます。これにより、用紙が赤く表示されます。ベースの存在下に置くと、紙は自然な青色に戻ります。

製造プロセス

リトマス紙の製造には、製紙と共通する多くの特徴があります。このプロセスでは、木材パルプが紙に変換され、紙に地衣類溶液が注入され、紙が乾燥されて包装されます。

木材パルプの変換

• 1この最初のステップでは、木材を細かく切り刻み、蒸気圧で溶剤と水と混合します。得られた塊は木材パルプと呼ばれます。パルプは金網のベルト上に広げられ、ローラーの上を通過します。これにより、 pHスケール。乾燥させて使用可能な紙にすることができる薄い層。ベルトの下にある木箱が水の流出を捕らえます。この水には回収可能な繊維が含まれているため、パルプと再混合されます。
• 2乾燥プロセスをスピードアップするために、ベルトの下にある空気吸引ポンプが使用されます。紙がベルトに沿って移動すると、ダンディロールと呼ばれるメッシュまたはワイヤーシリンダーの下を通過します。ダンディロールの目的は、紙のグレードと製造元を識別する織りまたは透かしを紙に与えることです。紙はコンベヤーベルトを下って移動を続け、そこでフェルトで覆われた2つのロール（カウチングロール）の間に押し込まれ、追加の水を搾り出すことによって繊維を強制的に結合させます。
• 3これらのカウチングロールから、紙は2セットの滑らかな金属プレスロールに押し込まれ、滑らかな仕上がりの紙が残ります。紙を加熱ローラーにかけ、回転カッターで切断し、リールに巻き付けることにより、紙を完全に乾燥させます。

地衣類の注入

• 4紙のpHを活性化するために、主に地衣類からなる水溶液を注入します。これは、紙を溶液浴に通すことによって行われます。それは溶液を吸収し、次にそれを発酵させて乾燥させるために通過させます。
• 5地衣類は、炭酸カリウムとアンモニアの存在下で発酵させることができます。発酵後、塊は青色になり、チョークと混合されます。青いリトマス紙は、上記のリトマス混合物の注入に白い紙を含浸させることによって調製されます。次に、紙を戸外で注意深く乾燥させます。赤リトマスも同様に調製されますが、少量の硫酸または塩酸を加えて赤くします。

パッケージング

• 6紙が準備された後、最終包装ステーションに送られます。リトマス紙は通常、カット済みのストリップで販売されています。メーカーは、ストリップを再封可能なプラスチックバイアルに入れます。リトマス紙に液体が接触するとインジケーターの色が変わる可能性があるため、パッケージがストリップが湿気にさらされるのを防ぐことが重要です。それほど一般的ではありませんが、ユーザーがカットできるロールパンのリトマス紙を購入することは可能です。メーカーはまた、ユーザーが製品を正しく使用する方法を知ることができるように、リトマス紙のすべてのパッケージに書面による指示を提供します。万能指示薬の紙や解決策の場合、書面による指示だけでは不十分です。カラーリファレンスカードも付属しているので、ユーザーはテスト結果をリファレンスカードと照合してpHを決定できます。

未来

リトマス紙は、そのリーズナブルなコストと使いやすさから、教育で広く使用され続けることは間違いありません。しかし、地衣類のいくつかの品種は絶滅しつつあります。その結果、将来的にリトマス紙の製造業者が合成材料に切り替える可能性があります。これは、他の種類のpH紙のメーカーによってすでに行われています。さらに、リトマスは定量的な結果を出すことができないため、他のpH紙やpHメーターを置き換えることはできません。実際、傾向は、さらに正確で主観的でないpH指示薬を作ることです。そのような傾向の1つは、pHメーターで光ファイバープローブを利用して、さらに感度を高めることです。