Βάμμα ηλιοτροπίου

Το ηλιοτρόπιο χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά περίπου το 1300 μ.Χ. από τον Ισπανό αλχημιστή Αρνάλντο ντε Βίλλα Νόβα (Arnaldus de Villa Nova, 1235–1311). Από το 16ο αιώνα και μετά, η μπλε χρωστική εξαγόταν από κάποια είδη λειχηνών, ειδικά στην Ολλανδία. Το όνομα litmus προέρχεται από την αρχαία Σκανδιναυική λέξη για τα έγχρωμα βρύα. Στις τιτλοδοτήσεις, και ειδικότερα στον προσδιορισμό του καλίου, χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον Lewis^[5]

Από τις λειχήνες, το ηλιοτρόπιο εξάγεται με κατεργασία με αμμωνία, ποτάσα και ασβέστη και με την παρουσία αέρα παράγονται τα διάφορα χρωμοφόρα συστατικά του ηλιοτροπίου. Το 1840, το ηλιοτρόπιο διαχωρίστηκε εν μέρει σε σειρά ουσιών που ονομάζονται ερυθρολείνη, αζολιτμίνη, σπανιολιτμίνη κλπ.^[6]

Για την παρασκευή εργαστηριακού βάμματος ηλιοτροπίου 4 % w/v, διαλύονται 4 g σκόνης ηλιοτροπίου σε 100 mL νερού^[7].

Η κυριότερη χρήση του βάμματος ηλιοτροπίου αλλά και του χαρτιού είναι οι δοκιμές οξύτητας και αλκαλικότητας (litmus test). Υγρό χαρτί ηλιοτροπίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί επίσης σε δοκιμές υδατοδιαλυτών αερίων : το αέριο διαλύεται στο νερό και το διάλυμα χρωματίζει το χαρτί. Έτσι, για παράδειγμα, η αέρια αμμωνία, που είναι βάση, χρωματίζει κόκκινο το μπλε χαρτί ηλιοτροπίου.

Κι άλλες όμως χημικές αντιδράσεις, εκτός από αυτές μεταξύ οξέων-βάσεων μπορούν να προκαλέσουν αλλαγή του χρώματος στο χαρτί ηλιοτροπίου. Για παράδειγμα, το αέριο χλώριο μετατρέπει σε άσπρο το μπλε χαρτί ηλιοτροπίου^[8]. Η αντίδραση αυτή είναι μη αναστρέψιμη και, συνεπώς, το χαρτί ηλιοτροπίου δεν ενεργεί ως δείκτης σ' αυτή την περίπτωση.

Παρόλο που δεν υπάρχουν ακριβή στοιχεία για την τοξικότητα του βάμματος ηλιοτροπίου και τα αραιά διαλύματά του (< 1% w/v) δεν είναι τοξικά^[9], το διάλυμα πρέπει να θεωρηθεί επικίνδυνο σε περίπτωση επαφής με το δέρμα (ερεθιστικό), επαφής με τα μάτια (ερεθιστικό), κατάποσης, εισπνοής^[10]. Το διάλυμα δεν είναι εύφλεκτο, αλλά όταν αποσυντίθεται εκλύονται οξείδια του άνθρακα από την καύση των οργανικών ουσιών που περιέχονται^[9].

Το ηλιοτρόπιο συμπεριφέρεται ως ασθενές οξύ και επειδή δεν έχει συγκεκριμένο χημικό τύπο, για απλοποίηση θα συμβολιστεί HLit. Το Η είναι το κατιόν υδρογόνου που μπορεί να αποδοθεί σε μια βάση και το Lit είναι το υπόλοιπο τμήμα του μορίου του ασθενούς οξέος. Όταν το ηλιοτρόπιο διαλυθεί στο νερό και δημιουργηθεί το βάμμα ηλιοτροπίου, αποκαθίσταται η ισορροπία^[11] :

HLit_(aq)(κόκκινο) + H₂O_(l) ${\displaystyle \rightleftharpoons }$ Η₃Ο⁺_(aq) + Lit^—_(aq)(μπλε)

Όταν στο διάλυμα προστεθεί μια βάση, τα υδροξυλιόντα (ΟΗ^—) δεσμεύουν τα κατιόντα υδρογόνου (υδροξώνια, Η₃Ο⁺) και η παραπάνω ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, οπότε το διάλυμα αποκτά μπλε χρώμα. Για να υπάρξει αλλαγή χρώματος του βάμματος ηλιοτροπίου, η βάση που θα προστεθεί πρέπει να δώσει διάλυμα με pH > 8,3.
Όταν στο διάλυμα προστεθεί ένα οξύ, τα κατιόντα υδρογόνου πλεονάζουν και η παραπάνω ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αριστερά σύμφωνα πάλι με την ίδια αρχή, οπότε το διάλυμα αποκτά κόκκινο χρώμα. Για να υπάρξει αλλαγή χρώματος του βάμματος ηλιοτροπίου, το οξύ που θα προστεθεί πρέπει να δώσει διάλυμα με pH < 4,5.
Σε ενδιάμεσες τιμές pH, το χρώμα του βάμματος είναι μεταξύ κόκκινου και μπλε. Κάποια στιγμή κατά τη διάρκεια της μετατόπισης της ισορροπίας, οι συγκεντρώσεις του HLit και των Η₃Ο⁺ θα γίνουν ίσες. Τότε το χρώμα του διαλύματος είναι ιώδες, μια μίξη κόκκινου και μπλε. Για το ηλιοτρόπιο αυτό συμβαίνει σε pH κοντά στο 7 δηλ. σ' αυτό που συνήθως αποκαλείται "ουδέτερο" σημείο. Γι'αυτό το λόγο το βάμμα αλλά και το χαρτί ηλιοτροπίου χρησιμοποιούνται ευρύτατα στον έλεγχο του αν ένα διάλυμα είναι όξινο (pH < 7) ή βασικό (pH > 7).