Cartina tornasole per la misurazione del pH

Cos’è la cartina tornasole

La cartina tornasole è una tipologia di carta assorbente lavorata in modo tale da essere utilizzata in ambito chimico al fine di individuare se una soluzione con cui entra in contatto sia acida o basica. La misurazione del pH è infatti uno step fondamentale per riconoscere le proprietà chimiche di un composto e può venirci in soccorso a condurre studi di controllo di qualità su matrici varie quali cibo, l’acqua ed altri elementi che comunemente vengono studiati ed analizzati.

In ambito chimico, tutti gli elementi comuni ed i composti possiedono proprietà di acidità e basicità, cioè, sono classificati come sostanze acide quelle che possiedono pH bassi, basiche quelle che possiedono pH alti o neutre quelle che possiedono un pH intermedio. La proprietà del pH definirà come si comporterà la sostanza quando accetta o dona ioni e/o coppie di elettroni, nonché quale tipo di composti forma un elemento.

Come funzione la cartina tornasole

Dopo il contatto questa cartina diventa rossa in caso di acidità, o azzurra in caso di basicità. In particolare vira al rosso in ambiente acido a pH inferiore a 4,4 e vira all’azzurro in ambiente basico a pH superiore 8,0. In ambiente neutro invece presenta una colorazione verde, tipica del materiale lichenico di partenza.

Dal punto di vista chimico è una complessa miscela di diverse sostanze, di cui la principale è rappresentata dalla molecola 7-idrossi-2-fenazinone. La parte principale della cartina di tornasole, chiamata tornasole dalla parola norrena che significa “colorare” o “dipingere”, proviene da un materiale naturale formato dal lichene Lecanora Tartarea e Roccella Tinctorum, che sono stati usati per tingere i tessuti per diversi secoli.

*Figura 2 – Lecanora Tartarea (Fonte: www.wikidata.org)*

La carta utilizzata è composta di pasta di legno e altri materiali organici e necessita di essere completamente priva di contaminanti per evitare alterazioni nei risultati della misurazione del pH. Il legno viene lavorato con diversi solventi al fine di eliminare il materiale resinoso prima di passare attraverso un bagno di soluzione. Viene quindi lasciato fermentare prima ed asciugare dopo, in presenza di carbonato di potassio ed ammoniaca. Il processo è soggetto a variazione a seconda che venga prodotta una tipologia di cartina blu o rossa.

Storicamente è noto che il primo impiego di questo strumento è stato documentato nel XIV secolo, da Arnau de Vilanova, uno scienziato spagnolo. Similmente, anche il chimico francese JL Gay-Lussac ha usato questo mezzo per test chimici nel XVIII secolo. È ancora usata oggi, principalmente in ambito scolastico ma anche a scopi medico-scientifici.

Misurazione del pH

Il valore di pH può essere determinato per via elettrica (sfruttando il potenziale creato dalla differenza di concentrazione di ioni idrogeno su due lati di una membrana di vetro, facendo ricorso ad uno strumento elettronico detto pHmetro) e per via chimica, sfruttando la capacità di alcune sostanze, dette indicatori, di modificare il loro colore al variare del pH della soluzione. Con il metodo chimico si può determinare il pH mediante l’utilizzo di 3 metodologie.

Cartine al tornasole, di cui abbiamo già discusso precedentemente;
Test kit chimici, metodo con il quale si utilizza un reagente che, entrando in contatto con una soluzione acquosa, cambia colore a seconda della concentrazione di ioni idrogeno (pH), in un dato intervallo. Così come per le cartine al tornasole, per determinare il valore di pH, si confronta il colore del campione reagito con la scala di colore corrispondente;
Colorimetri digitali che utilizzano lo stesso principio dei test kit chimici, ma che integrano una sorgente luminosa, costituita da una lampada a LED o al tungsteno con un filtro e un rilevatore di luce, per determinare con precisione l’assorbanza e la concentrazione di ioni idrogeno di una soluzione colorata.

Sia i test kit chimici e le cartine al tornasole sono dotati di precisione e risoluzione abbastanza limitate poiché si basano sulla distinzione di differenze di colore percepite dall’occhio umano. Il colorimetro digitale elimina l’incertezza tipica dei test kit chimici e delle cartine al tornasole.

Come si esprime il pH

L’acidità di una soluzione dipende dalla concentrazione degli ioni H⁺ in essa contenuti e può variare di molti ordini di grandezza. In certe soluzioni supera 1 mol·L^–1 (cioè 10⁰ mol·L^–1), in altre non raggiunge 10^–14 mol·L^–1.

Per comodità, l’acidità si esprime utilizzando l’esponente, cambiato di segno, della potenza del 10 che esprime la concentrazione degli ioni H⁺. Per esempio, nei due casi sopra descritti, l’acidità, ovvero il valore pH delle due soluzioni, sarebbe 0 e 14.

L’operazione matematica che consente di trasformare il numero 10^–14 in 14 si chiama logaritmo decimale e si indica con log. Per tanto: –log 10^–14 = 14. Applicando questa definizione al caso del pH si ottiene: pH = –log [H⁺], dove [H⁺] indica la concentrazione degli ioni H⁺ espressa in mol·L^–1

Si noti che il pH può assumere valori minori di zero e maggiori di 14.

*Figura 3 – Valori rappresentativi di pH (Fonte: wikipedia)*

la scala del pH — *Figura 4 – La scala cartina tornasole pH (Fonte: https://hanna.it)*

Dove acquistare le cartine tornasole

La cartina tornasole si può acquistare anche in cartolibreria oltre che in farmacia, ma dove comprare le cartine tornasole in maniera comoda e con grande scelta è sicuramente il web. Questo strumento abbondantemente utilizzato in passato, ma utilizzato talvolta ancora oggi, è anche possibile acquistarlo su store come Amazon, Webot e tanti altri.