Papel tornasol o litmus

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El papel tornasol o papel litmus es uno de los más conocidos indicadores de pH. Suministrado en forma de tiras para facilitar su manejo, se torna de color rojo-anaranjado en contacto con compuestos ácidos, debajo de un índice de pH de 4,5 (de ahí su nombre) y oscurece solo ligeramente con los alcalinos (por encima de un pH de 8,5), por lo que a veces suele emplearse tornasol al que se le ha añadido ácido clorhídrico para identificar bases. Su uso ha decaído en los últimos años debido a la disponibilidad de indicadores químicos específicos y medidores potenciométricos de pH.

Solución indicadora tornasol

El tornasol o litmus es un colorante azul-violeta obtenido de líquenes, principalmente del género Roccella. La solución acuosa tiene la propiedad de cambiar de color dependiendo de si se combina con sustancias ácidas o básicas (es decir, dependiendo del pH). Es una mezcla de sustancias profundamente azules con el número CAS 1393-92-6.

Historia

En inglés se utiliza la palabra litmus para denominar la solución colorante.  La palabra «Litmus» se documenta desde alrededor de 1500 y proviene del neerlandés medio: le(e)cmoes, de lekken «goteo», moes probablemente de «pasta, puré» y no de la planta (musgo), como muchas veces se ha interpretado. En el neerlandés, le(e)c es sinónimo de lak «laca» en el sentido de color.

El nombre se remonta a la fabricación histórica de litmus, que se obtenía a partir de una pasta de líquenes y agua que se dejaba escurrir.

El litmus fue utilizado por primera vez como reactivo químico en torno al año 1300 por el médico y alquimista español Arnaldus de Villanova. Desde el siglo XVI, se producía el colorante azul en mayor escala (principalmente en los Países Bajos como Lakmoes) a partir de diferentes especies de líquenes. Después de que se descubriera el secreto de la fabricación de litmus a partir de líquenes, los líquenes grises Lecanora tartarea y Roccella tinctoria se exportaban bajo los nombres de Bergmoos y Klippmoos desde los Países Bajos a o

tros países industrializados.

Origen natural del litmus o tornasol

El litmus o tornasol se encuentran en varias especies de líquenes en la naturaleza. Para la obtención del colorante se solían utilizar principalmente Roccella tinctoria (que crece en rocas de Macaronesia (Cabo Verde, Islas Canarias, Madeira, Azores) y en la costa oeste de Sudamérica), Roccella fuciformis (procedente principalmente de Angola y Madagascar), Roccella pygmaea (Argelia), Roccella phycopsis, Lecanora tartarea (Noruega, Suecia), Variolaria dealbata (Pirineos y Auvernia), Ochrolechia parella (costa atlántica de Europa del noroeste), Parmotrema tinctorum (también en las Islas Canarias) y varias especies de Parmelia (ampliamente distribuidas en muchos árboles). Las fuentes principales en la actualidad son Roccella montagnei (Mozambique) y Dendrographa leucophoea (California).

Producción del tornasol

Durante mucho tiempo se intentó mantener en secreto los detalles del proceso de fabricación por motivos económicos, para crear un monopolio.

Producción tradicional

Los líquenes pulverizados se dejan reposar durante varias semanas en una solución alcalina preparada con soda (carbonato de sodio) o potasa (carbonato de potasio) y amoníaco, con agitación ocasional. Como el amoníaco no estaba disponible como producto químico en la antigüedad, se obtenía la cantidad necesaria de amoníaco añadiendo orina. La urea contenida en la orina se convierte en amoníaco mediante enzimas como catalizadores.

Mientras los líquenes pulverizados están en la solución, su color cambia gradualmente de rojo a azul. La mezcla azul al final del proceso se seca y se muele para obtener un polvo. En esta etapa del proceso de fabricación, el polvo contiene pigmentos de colorante tanto de Litmus como de Orceína.

El componente de color rojo carmín correspondiente a la Orceína se extrae del polvo con alcohol, dejando el Litmus de color azul profundo. El producto se prensa y se mezcla parcialmente con yeso y tiza para formar una masa prensada que se desmenuza fácilmente. A partir del Litmus también se produce un componente de color especial, el Azolitmina, que se vende como un indicador ácido-base con propiedades similares al Litmus.

Producción moderna

En 1758, los dos químicos británicos G. Gordon y Cuthbert Gordon patentaron la fabricación industrial de Cudbear (término inglés para la Orceína) y Litmus a partir de líquenes, pero no fue hasta 1940 que la empresa británica Johnsons of Hendon (posteriormente Johnsons Photopia Ltd) comenzó la producción.

En el proceso de fabricación, los líquenes se muelen primero y se mezclan con agua, cal, potasa y una solución de carbonato de amonio ((NH₄)₂CO₃), y se dejan fermentar con la entrada de aire. La solución cambia de color de marrón y violeta a un azul profundo después de unas tres semanas. La pasta se pasa por un tamiz y se mezcla con tiza y yeso para formar pequeños cubos.

Después del secado, estos cubos se pueden procesar directamente; contienen grandes cantidades de Orceína y sólo alrededor del 5 al 8 % de los pigmentos de Litmus. La Orceína se puede separar fácilmente con etanol debido a su buena solubilidad en alcohol.

Usos del tornasol

Antiguamente, el litmus se utilizaba especialmente en los Países Bajos para el llamado «azulado» de la ropa y para teñir alimentos (vino, panadería, licores, queso, maquillaje y papel de azúcar). La ligera coloración azul compensaba el amarilleo del aire. Para la tintura textil, el litmus no era adecuado debido a sus cambios de color en ácidos y bases.

Uso en ciencias

Actualmente, el litmus se utiliza exclusivamente como indicador ácido-base en química y biología. A valores de pH menores de 4,5, el litmus aparece rojo, a valores mayores de 8,3 azul y entre ellos violeta. Se utiliza principalmente en dos formas: en una solución acuosa como tintura de litmus y como papel de litmus. Este último es un papel impregnado con una tintura de litmus débilmente ácida o alcalina (papel reactivo). El componente principal del litmus está compuesto de polímeros (varios bloques) de cromóforos de 7-hidroxi-2-fenoxazina, lo que explica su parentesco con el colorante rojo carmín, la Orceína.

Una mezcla de leche descremada o leche en polvo descremada al 10% y agua en la concentración adecuada, con una tintura de litmus con una concentración entre el 2,5 y el 7%, se utiliza en microbiología como leche de litmus. Se utiliza para determinar si las bacterias pueden metabolizar la lactosa. Para ello, se inocula la leche de litmus con la bacteria. Si hay un cambio de color de azul (alcalino) a rojo (ácido) debido a la producción de ácido, se demuestra que la bacteria puede fermentar la lactosa. Para una mejor manipulación, la leche a menudo se gelifica con agar.

Química del litmus

El químico alemán Hans Musso (1925-1988) investigó la estructura de los colorantes de líquenes Orseille, Orceína (también conocido en inglés como Cudbear) y los colorantes de litmus entre 1955 y 1965, y publicó alrededor de 25 artículos al respecto. Utilizando métodos de separación cromatográfica en columna, pudo separar la mayoría de los colorantes y determinar su estructura.

La causa del cambio de color del litmus de azul a violeta y luego a rojo cuando cambia el pH es extremadamente compleja y se compone de varios factores:

• La causa principal del cambio de color al ganar o perder protones (halocromía) es la formación reversible (es decir, reversible) de fenoles rojos a partir de fenolatos azules.
• Además, el sistema oxazina (con una disposición cíclica con un átomo de oxígeno y un átomo de nitrógeno opuestos) puede protonarse o desprotonarse, es decir, los protones pueden unirse o desprenderse del compuesto.
• Además, también cambia el tono de los colores característicos del litmus rojo y azul cuando se agregan ácidos o bases fuertes o débiles al litmus. Esto se debe a la adición o eliminación gradual de protones adicionales.

Debido al tamaño de la molécula, varios grupos fenol y átomos de nitrógeno de oxazina están disponibles para esta adición o eliminación de protones. Además, se forman sistemas mixtos de color amarillo-naranja a verde-azul en el rango de pH de 5,6 a 8.

Pero el litmus o tornasol es una mezcla compleja que contiene unas 10-15 sustancias diferentes. Además de la orceína, se extraen eritroleína (también eritrolitmina), la azolitmina, la espaniolitmina, la leucoorceína y la leucazolitmina. La azolitmina como sustancia pura tiene aproximadamente el mismo efecto indicador que la mezcla.

En la mezcla de litmus, principalmente se encuentran las dos orceínas α-hidroxiorceína C₁₈H₁₇O₅N y α-aminoorceína C₁₈H₁₈O₄N₂. Estos se producen (junto con más de 10 otras orceínas) a partir de los colorantes de líquenes mediante tratamiento en solución alcalina y amoniacal con oxidación. En la fabricación de litmus, la mayor parte de la orceína se separa.

La azolitmina es el colorante responsable principal del cambio de color en el litmus, con la fórmula química C₁₈H₁₀O₁₀N. Se produce a partir de las orceínas mediante oxidación. La leucazolitmina es un derivado incoloro de la azolitmina y se obtiene a partir de éste por reducción.

Para más información What links litmus paper and lichens?