Khi nhắc đến chất chỉ thị pH, giấy quỳ tím chính là một trong những chất phổ biến được sử dụng trong các bài học hóa học. Nhưng đặc biệt hơn, nó có khả năng biến đổi màu sắc khi tiếp xúc với axit và kiềm. Trên thực tế, nguồn gốc và các quá trình hóa học đằng sau sự thay đổi màu sắc này còn khá phức tạp. Bài viết này sẽ đi sâu vào nguồn gốc và cung cấp những giải thích hóa học thú vị về hiện tượng này.
Lịch Sử Và Nguyên Tắc
Giấy quỳ đã có một hành trình lịch sử dài, tồn tại từ trước khi nhà hóa học xác định các định nghĩa về axit và kiềm. Có tin đồn rằng từ thế kỷ 14, một nhà giả kim người Tây Ban Nha tên Arnaldus de Villa Nova đã sử dụng quỳ. Tuy nhiên, nó mới được sử dụng phổ biến sau hai thế kỷ. Trong thời điểm này, chế tạo giấy quỳ chủ yếu được thực hiện ở Hà Lan và có thể có nguồn gốc từ từ tiếng Hà Lan “lacques”, nghĩa là “bột sơn mài”. Trước đó, người cổ Bắc Âu đã sử dụng một loại thuốc nhuộm từ rêu, gọi là litmosi.
Tuy nhiên, cái tên “quỳ tím” thực tế không phản ánh đúng nguồn gốc của nó, vì nó được chiết xuất từ một loại sinh vật khác. Địa y, thực sự không phải là một sinh vật đơn lẻ, mà là sự kết hợp giữa một loại nấm và một hoặc hai loài tảo.
Ngày nay, giấy quỳ được sản xuất từ chất chiết xuất từ một số loài địa y phát triển trên đá. Vào năm 1982, Hiệp hội địa y Anh đề cập đến một công ty ở Hà Lan, tuyên bố rằng “có lẽ chỉ có một công ty duy nhất ở thế giới phương Tây sản xuất giấy quỳ từ địa y”. Hiện nay, quá trình sản xuất rộng rãi hơn một chút, sử dụng các loài địa y từ California đến Mozambique để chiết xuất.
Các Quá Trình Hóa Học
Các loài địa y sản xuất giấy quỳ chứa một nhóm hợp chất hóa học được gọi là axit orsellinic depsides, có thể được chuyển đổi thành một hợp chất khác gọi là orcinol. Khi thêm amoniac và oxy vào orcinol, ta thu được hỗn hợp thuốc nhuộm gọi chung là thuốc nhuộm orcein, từng được sử dụng để tạo màu cho len và lụa. Để tạo ra thuốc nhuộm cuối cùng, trong trường hợp giấy quỳ, chúng ta thêm vôi (calciym hydroxit), bồ tạt (kali cacbonat) và thạch cao (canxi sunfat).
Thuốc nhuộm quỳ không phải là một loại thuốc nhuộm đơn lẻ mà là một hỗn hợp các phân tử polymer dài. Trong số đó, thành phần chính bao gồm một số đơn vị hydroxyorcein hoặc 7-hydroxyphenoxazone được liên kết với nhau. Màu sắc của giấy quỳ phụ thuộc vào cấu trúc lặp đi lặp lại của các phân tử lớn này.
Các thay đổi tinh tế trong cấu trúc này làm thay đổi màu sắc của giấy quỳ. Trong dung dịch axit có pH dưới 5, việc thêm một proton (ion hydro) vào nguyên tử nitơ sẽ tạo ra màu đỏ hồng. Trên dung dịch kiềm với pH trên 8, việc mất một proton từ một trong các nguyên tử oxy sẽ tạo ra màu xanh lam. Ở giữa hai điểm này, ở pH trung tính, giấy quỳ sẽ có màu tím.
Cũng như đã được sử dụng trong phòng thí nghiệm để kiểm tra độ pH của dung dịch, giấy quỳ còn có thể được làm ẩm để kiểm tra độ axit của các chất khí. Ví dụ, amoniac sẽ biến màu giấy quỳ từ đỏ sang xanh lam, trong khi clo sẽ làm giấy quỳ từ xanh lam chuyển sang đỏ – điều này cho thấy vai trò của nó không chỉ là chất tẩy trắng mà còn có thể tạo thành màu trắng.
Các ứng dụng khác của giấy quỳ bao gồm việc phân biệt các loại vi khuẩn khác nhau trong sữa. Thuật ngữ “thử nghiệm giấy quỳ” cũng đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hóa học để chỉ “một ý kiến hoặc hành động được cho là thể hiện ý kiến chung hơn hoặc có khả năng xảy ra trong tương lai”.
Vậy là bài viết đã dẫn bạn đi qua nguồn gốc và cấu trúc hóa học của giấy quỳ tím. Hi vọng nó đã giúp bạn hiểu rõ hơn về chủ đề này. Lần tới, nếu có ai hỏi về giấy quỳ, đừng quên nhắc đến hóa học đằng sau nó nhé!
