리트머스 종이

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리트머스 종이는 가장 잘 알려진 화학 지표의 구성원입니다. 대부분의 pH 종이와 마찬가지로 리트머스는 산성 또는 염기성 용액에 노출되면 색이 변합니다. 단순 pH 척도는 0-14 범위이며 0은 가장 산성, 7은 중성, 14는 가장 염기성 또는 알칼리성입니다. 리트머스 종이는 일반적으로 교육 과학 수업에서 사용됩니다. 그만큼 인지도가 높기 때문에 우리 사회에서도 문화적 참고자료가 되었습니다. 단일 요인이 결과를 결정하는 테스트를 언급할 때 리트머스 테스트라는 용어를 사용하는 것이 일반적입니다.

배경

리트머스 종이는 관찰자가 샘플의 pH를 평가할 수 있는 기회를 제공합니다. pH는 수소 이온 농도를 기준으로 물질의 상대적인 산성 또는 염기성을 특성화하는 방법입니다. 이온은 전하를 띠는 원자이므로 환경과 반응합니다. 산성 물질은 물에서 수소 이온(H+)을 방출합니다. 산은 H+ 이온이 음으로 하전된 이온과 결합하여 자신을 안정화시키려는 추가로 하나의 추가로 양전하를 띤 양성자를 가지고 있기 때문에 양성자 공여체로 알려져 있습니다. 염기성 물질은 물에서 수산화 이온(OH-)을 방출합니다. 염기는 수산화물 이온이 자신을 안정화시키기 위해 양성자를 받아들이기 때문에 양성자 수용체라고 합니다. 흥미롭게도 산과 염기가 결합되면 결과는 중성 염입니다. 예를 들어, 염산과 같은 강산과 수산화나트륨(강염기)은 부산물인 염화나트륨(식염)과 물과 중화 반응을 일으킵니다.

대부분의 생명체가 생존할 수 있는 pH 범위가 매우 작기 때문에 pH는 중요한 생물학적 지표입니다. 예를 들어 인체의 산-염기 비율은 미묘한 균형입니다. 혈액의 pH가 어느 방향으로든 약간만 변해도 사망에 이를 수 있습니다. 식물은 또한 토양의 미세한 pH 변화에 민감합니다. 그래서 식물에게 너무 산성인 토양은 염기인 탄산칼슘 비료로 중화됩니다.

단순 pH 척도는 0-14이며 7은 중성입니다. 7보다 작은 숫자는 산성으로 간주되고 7보다 큰 숫자는 염기성으로 간주됩니다. 숫자가 작을수록 용액이 더 산성입니다. 이것은 pH가 1인 물질이 pH가 4인 물질보다 다른 분자나 이온에 양성자를 제공하는 능력이 더 크다는 것을 의미합니다. 예를 들어 황산은 수산화물 이온을 전달하는 데 매우 효과적인 반면 아세트산은 (식초) 아닙니다. 따라서 황산은 강산으로 간주되고 아세트산은 약산으로 간주됩니다. 마찬가지로, 강한 기반과 약한 기반도 있습니다. 더 풍부한 수산화물 이온을 가진 수산화칼륨과 같은 강염기는 암모니아와 같은 약염기보다 양성자를 더 쉽게 받아들입니다. 숫자가 클수록 베이스가 더 강해집니다.

리트머스 종이는 물질이 산성인지 염기성인지를 나타내는 데 효과적이지만 정확한 수치 pH 값을 보고할 수 없습니다. 이를 위해 범용 표시기 또는 pH 미터가 사용됩니다. 만능 표시기는 다양한 재료로 구성되어 있으며, 각각은 다양한 pH 값에서 서로 다른 색상을 변경하므로 관찰자가 해당 용액이 pH 척도에서 어디에 속하는지 보다 정확하게 결정할 수 있습니다. 범용 지시약은 종이에 함침되어 pH 종이로 만들거나 액체 형태로 사용할 수 있습니다. 특정 색상을 pH 범위와 연관시키는 각 범용 지표와 함께 참조 색상 카드가 제공됩니다. 일반적으로 말해서, 대부분의 보편적인 지표는 pH 척도에서 두 값 이내로 정확합니다. 예를 들어, 녹색 결과는 8-9의 pH를 나타낼 수 있습니다. 이는 범용 지표가 특정 범위 내에서 샘플의 pH를 정량적으로 결정할 수 있음을 의미합니다.

pH 미터는 전기를 사용하여 수치적 pH 값을 결정함으로써 훨씬 더 정확한 정량화를 허용합니다. 시료에 프로브를 넣고 프로브에 전류를 흘립니다. 전기는 음전하를 가진 전자로 구성되어 있기 때문에 미터에 흐르는 전류의 힘은 수소 이온 농도에 정비례합니다. 용액에 H+ 이온이 많을수록 미터를 통해 더 많은 전류가 흐릅니다. 이 숫자는 관찰자가 읽을 수 있는 수치 pH 값으로 변환됩니다.

연혁

리트머스라는 용어는 "염색 또는 착색"을 의미하는 고대 노르드어 단어에서 유래했습니다. 리트머스를 만드는 데 사용되는 지의류도 수백 년 동안 천을 염색하는 데 사용되었기 때문에 이것은 적절합니다. 리트머스의 시작에 대한 정보는 거의 없습니다. 리트머스 종이가 1800년대 초반 프랑스 화학자 J.L. Gay-Lussac에 의해 개발되었음을 암시하는 일부 데이터가 있습니다. Gay-Lussac은 일정한 온도와 압력에서 기체가 형성되거나 서로 반응할 때마다 기체의 부피는 작은 정수 비율이라는 그의 결합 부피 법칙으로 가장 잘 알려져 있습니다. 즉, 기체가 결합할 때 온도와 압력이 동일하게 유지되는 한 항상 동일한 방식으로 결합합니다.

원자재

리트머스 종이를 만드는 데 사용되는 주요 원료는 목재 셀룰로오스, 지의류 및 부속 화합물입니다. 리트머스 종이는 이름에서 알 수 있듯이 주로 종이로 구성되어 있습니다. 리트머스 종이를 만드는 데 사용되는 종이에는 측정 중인 시스템의 pH를 변경할 수 있는 오염 물질이 없어야 합니다. 대부분의 종이와 마찬가지로 리트머스 종이도 목재 셀룰로오스로 만들어집니다. 목재는 목재에서 수지 재료와 리그닌을 제거하기 위해 종이 제조 전에 용제로 처리됩니다. 미국에서 가장 일반적인 용매 중 하나는 황산염(황산나트륨 또는 황산마그네슘)입니다.

산이나 염기에 노출되었을 때 색이 변하는 리트머스 종이의 능력은 이끼가 주입된 리트머스 종이의 결과입니다. 식물 세계에서 이끼류는 실제로 두 개의 별개의 유기체, 즉 곰팡이와 조류가 하나로 살아 있다는 점에서 독특합니다. 식물학자들은 이끼류를 균류로 분류하는데, 이는 유성생식을 담당하는 것으로 간주되는 균류이기 때문입니다. 그러나 각 이끼에는 고유한 이름이 있습니다. 약 15,000개의 다른 유형의 지의류가 확인되었습니다. 지의류는 거의 모든 유형의 기후에서 암석, 나무 및 벽, 토양 및 심지어 물 아래에서 자라고 있습니다. 지의류는 다양한 오염 물질에 민감하기 때문에 일반적으로 환경 품질의 측정기로 사용됩니다. rocella tinctoria, 등 여러 종류의 이끼가 리트머스를 생산하는 데 사용됩니다. 지중해 및 lecanora tartarea, 원산 네덜란드의 흔한 이끼. 사실, 네덜란드는 리트머스 종이 제품의 최대 생산국 중 하나입니다.

디자인

대부분의 리트머스 종이 및 기타 유형의 pH 표시기는 과학 공급업체를 통해 판매됩니다. 리트머스 종이는 빨간색과 파란색으로 제공됩니다. 리트머스 종이의 자연색은 파란색입니다. 산성 용액에 넣으면 파란색 종이가 빨간색으로 변합니다. 레드 리트머스 종이는 만들 때 먼저 산과 혼합됩니다. 이로 인해 용지가 빨간색으로 나타납니다. 받침대가 있는 곳에 놓으면 용지가 자연스러운 파란색으로 돌아갑니다.

제조 공정

리트머스 종이의 생산은 종이 제조와 공통점이 많습니다. 이 과정에서 목재 펄프가 종이로 전환되고 종이에 이끼 용액이 주입되고 종이가 건조되고 포장됩니다.

목재 펄프 전환

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1 이 첫 번째 단계에서는 목재를 파쇄하고 증기압 하에서 용제 및 물과 혼합합니다. 결과 덩어리를 목재 펄프라고합니다. 펄프는 철망 벨트에 펼쳐져 롤러를 통과합니다. 이것은 생성 pH 척도. 건조하여 사용할 수 있는 종이로 만들 수 있는 얇은 층. 벨트 아래의 나무 상자는 빗물을 잡아냅니다. 이 물에는 회수 가능한 섬유질이 있기 때문에 펄프와 재혼합됩니다.

2 건조 과정을 가속화하기 위해 벨트 아래에 있는 공기 흡입 펌프가 사용됩니다. 종이가 벨트를 따라 이동할 때 댄디 롤이라는 메쉬 또는 와이어 실린더 아래를 통과합니다. 댄디 롤의 목적은 종이에 종이 등급과 제조업체를 식별하는 직조 또는 워터마크를 부여하는 것입니다. 종이는 추가 물을 내보냄으로써 섬유를 강제로 함께 묶는 두 개의 펠트로 덮인 롤(쿠우치 롤) 사이에서 눌러지는 컨베이어 벨트를 따라 계속 이동합니다.

3 이 쿠칭 롤에서 용지를 부드러운 금속 프레스 롤 두 세트를 통해 밀어서 용지를 매끄럽게 마무리합니다. 종이는 가열 롤러에 가하여 완전히 건조시킨 후 회전 커터로 절단하여 릴에 감습니다.

지의 주입

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4 종이의 pH를 활성화하기 위해 주로 지의류로 구성된 수용액을 주입합니다. 이것은 용액의 수조를 통해 종이를 실행하여 수행됩니다. 그것은 용액을 흡수한 다음 발효 및 건조를 위해 통과됩니다.

5 이끼는 탄산칼륨과 암모니아가 있는 상태에서 발효됩니다. 발효 후 덩어리는 파란색을 띠고 분필과 혼합됩니다. 블루 리트머스 종이는 위에서 언급한 리트머스 혼합물의 주입에 백지를 함침시켜 제조됩니다. 그런 다음 종이는 야외에서 조심스럽게 건조됩니다. 붉은 리트머스도 비슷하게 제조되지만 소량의 황산이나 염산을 첨가하면 붉은색으로 변합니다.

포장

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6 종이가 준비되면 최종 포장 스테이션으로 보내집니다. 리트머스 종이는 일반적으로 미리 절단된 스트립으로 판매됩니다. 제조업체는 스트립을 재밀봉 가능한 플라스틱 바이알에 넣습니다. 리트머스 종이와 접촉하는 액체가 표시기의 색상을 변경할 수 있으므로 포장이 스트립이 습기에 노출되는 것을 방지하는 것이 중요합니다. 일반적이지는 않지만 사용자가 자를 수 있는 롤 형태의 리트머스 종이를 구입하는 것이 가능합니다. 제조업체는 또한 사용자가 제품을 올바르게 사용하는 방법을 알 수 있도록 모든 리트머스 용지 패키지에 설명서를 제공합니다. 보편적 지표 논문이나 솔루션의 경우 서면 지침으로는 충분하지 않습니다. 색상 참조 카드도 제공되어 사용자가 테스트 결과를 참조 카드와 일치시켜 pH를 결정할 수 있습니다.

미래

리트머스 종이는 합리적인 비용과 사용 편의성으로 인해 교육 분야에서 계속 광범위하게 사용될 것입니다. 그러나 일부 종류의 이끼가 멸종되고 있습니다. 결과적으로 리트머스 종이 제조사는 향후 합성 소재로 전환할 가능성이 있다. 이것은 이미 다른 유형의 pH 용지 제조업체에서 수행하고 있습니다. 또한 리트머스는 정량적 결과를 제공할 수 없기 때문에 다른 pH 페이퍼 및 pH 미터를 대체할 수 없습니다. 사실, 추세는 훨씬 더 정확하고 덜 주관적인 pH 지표를 만드는 것입니다. 그러한 경향 중 하나는 pH 미터에서 광섬유 프로브를 사용하여 더욱 민감하게 만드는 것입니다.