EL PAPÁ PEREZOSO. Entendiendo el comportamiento de los gases ácidos en guardas de papel amortiguado (buffer)

El problema de cómo se comportan los gases ácidos con guardas de papel amortiguado, es interesante y no exactamente como lo esperamos. Muchos de nosotros, incluso los científicos industriales, que trabajan en temas de estabilidad, han aprendido que el papel con reserva alcalina, reacciona con gases ácidos y por lo tanto previenen que puedan pasar a través suyo. Algo de lo que se ha escuchado últimamente, es que muy posiblemente las guardas de papel con reserva alcalina, no necesariamente protegen al objeto que se encuentra en su interior, de los gases ácidos del exterior, pero la reserva alcalina o buffering por lo menos protege a la guarda y la hace durar más tiempo (tal como una armadura física, protectora, esto debe ser bueno para los objetos también).

Bien, el primer problema es entender qué es el buffer. El Diccionario Conciso de la Ciencia de Oxford define buffer como “Una solución que resiste el cambio de pH cuando es añadido un ácido o un álcali o cuando la solución es diluida“. Mientras necesitamos mantener nuestras guardas relativamente secas, un buffer en papel, no se ajusta a la definición científica del término. El ISO 18902 sobre materiales de imágenes –materiales de procesamiento de imágenes- Álbumes, materiales de enmarcamiento y almacenamiento, usan el término “reserva alcalina” en lugar de “buffer”.

Ciertamente, los resultados típicos que se esperan encontrar como amortiguantes o tampón en el papel son todos “alcalinos”, por definición. Esto puede incluir carbonatos alcalinotérreos o algunos óxidos metálicos, tales como óxido de zinc. Si añadimos un álcali como el hidróxido de sodio (lejía) o carbonato de sodio o bórax, a la solución de la pulpa de papel, se disolverán en la solución y se dispersarán en el papel. Mucho de esto saldrá con el agua al ser drenada de la pulpa de papel y el restante sólo afectará el pH del papel. Generalmente, cuando los ácidos entran al papel, el pH de éste simplemente bajará. Por lo que mientras estas sustancias son alcalinas, no son reservas de álcali. El aspecto de reserva es logrado usando álcalis de baja solubilidad, por lo que tienen un mínimo impacto en el pH del papel, pero aún se mantiene disponibles para reaccionar con los ácidos. Por ejemplo, si empezamos con agua pura a 25°C, podremos disolver 0.007 gramos de carbonato de calcio en un litro de agua. Sólo como referencia, la industria del papel afirma que produce papel de oficina para fotocopia con la intención de que al salir del molino, con un contenido de agua del 5% en peso, una hoja común de éste papel contenga 0.2 gramos de agua, que es suficiente para disolver 0.000001 gramos de carbonato de calcio.

Por lo que en lugar de dispersarse en el papel, la reserva de álcali existe en forma de partículas distribuidas en el papel en un porcentaje medio de 2% a 3% en peso.

La pieza final del problema consiste en las moléculas de vapores ácidos y cómo se mueven. Las moléculas gaseosas se mueven al azar, por lo que no podemos tener idea de lo que una molécula individualmente está haciendo en un momento determinado (a menos que específicamente la observemos). Afortunadamente existen reglas estadísticas que nos permiten predecir el comportamiento de un gran número de moléculas de gas. Sin embargo, estamos interesados en moléculas individuales. Las partículas buffer o tampón no tienen fuerzas de atracción que jalen las moléculas de los gases ácidos a través de ellas mismas, independientemente de que una molécula de gas ácido pasa entre una partícula buffer, lo que es un resultado totalmente casual. Existe un gran número de caminos aleatorios a través del papel con reserva alcalina, que no terminan en una partícula de agente buffer y como resultado, los gases ácidos pueden pasar sin problema a través del papel. Adicionalmente, los ácidos y las partículas buffer pueden coexistir en él.

Primero observamos esto, en la década de los 1990’s, después de que se experimentó con un gas de dióxido de nitrógeno en fotografías en sobres de papel con reserva alcalina. En la presencia de agua, el dióxido de nitrógeno forma ácidos nítrico y nitroso, con el ácido nitroso descomponiéndose en ácido nítrico y óxido nítrico. Para nuestra sorpresa, el sobre de papel presentaba tanto una alta acidez, como una alta reserva alcalina, al mismo tiempo. Años más tarde, se observó lo mismo en experimentos con películas de acetato deterioradas con sobres de papel con reserva alcalina: alta acidez y alto contenido buffer coexistiendo en el mismo sobre de papel.

Después de explicar cómo un sistema con partículas alcalinas estáticas y moléculas de gas ácido moviéndose de manera azarosa podrían generar esta situación, un colega de repente exclamó, “¡Es un padre perezoso!”

Como mi colega explicó, un papá perezoso está sentado frente a la televisión y no quiere perder un minuto de su partido (por favor incluya aquí el evento deportivo favorito). El papá perezoso, la partícula amortiguante o buffer, no se moverá a menos que la casa se incendie. Mientras tanto, los niños, las moléculas del gas ácido, corren salvajemente por toda la casa. Ellos no se preocupan hacia donde corren, sólo quieren correr. Nada cambiará este sistema, a menos que uno de los niños corra demasiada cerca del papa, quien atrapará al niño (reaccionará) y le dirá al chico “suficiente, deja de correr por toda la casa”. Hay muchos caminos aleatorios para que los niños corran, que no pasaran cerca del papá y no se detendrán a menos que corran a toparse (reaccionen) con el papá perezoso. El papá perezoso no perseguirá a los niños, por lo que el papá perezoso y los niños corriendo pueden coexistir en la misma casa (papel).

Se debe tener en cuenta que cualquier otro aditivo sólido en el papel tendrá las mismas limitaciones. Por ejemplo, si filtramos nuestro aire en ciertos laboratorios usando carbón activado soportado en pliegos de papel y ya que el filtro más o menos obedece a las mismas leyes de la física, aunque con algunas diferencias. Los filtros tienen ventiladores soplando grandes volúmenes de aire a través de ellos, por lo que el movimiento molecular no está limitado estrictamente a movimientos aleatorios y la carga de carbón es mucho mayor que un pequeño porcentaje –como sucede en el papel-. Los filtros son bastante negros con el carbón. Sin embargo, a una tasa inferior de carga y sin un ventilador, estos filtros estarían limitados por las mismas leyes físicas que el amortiguante en el papel buffer.

Por lo que los sobres de papel con reserva alcalina, no necesariamente hacen lo que esperamos de ellos, y es debido a las leyes de la naturaleza, en lugar de una falla en el diseño del producto.

-Doug

Douglas Nishimura

Image Permanence Institute

Rochester Institute of Technology

Traducción al español desde el inglés: Rosana Calderón Martin del Campo

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2 comments

  1. Hallo Frau Kipp,

    sehr interessanter Artikel, vielen Dank für den Hinweis in der museums-Liste. Werde ihn an zwei Kolleginnen weiterreichen.

    Viele Grüße aus dem Schwarzwald

    Sabine Grimmig

    ______

    Hello Ms. Kipp,

    very interesting article, thank you very much for the hint in the German museum listserv. I will forward this to two colleagues.

    Greetings from the Black Forest
    Sabine Grimmig

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