[科普中国]-神奇的酸碱指示剂

酸碱指示剂是指可用于酸碱滴定的指示剂。它们是一类结构较复杂的有机弱酸或有机弱碱，在溶液中能够部分电离成指示剂的离子和氢离子（或氢氧根离子），并且由于结构上的变化，其分子和离子具有不同的颜色，因而在不同的pH溶液中呈现不同的颜色。

最早发现酸碱指示剂的是英国著名化学家——罗伯特·波义耳，他在一次实验中不小心将浓盐酸溅到一束紫罗兰上，为了清洗花瓣上的酸，他将花浸泡在水中。经过一段时间后，波义耳惊奇地发现紫罗兰变成了红色，于是，他请助手将紫罗兰花瓣分成小片投放到其它的酸溶液中，结果发现花瓣均变成了红色。之后，他又将其它花瓣用作实验，并制成了花瓣的水或酒精浸取液，用它们来检验未知的物质是否为酸，同时发现用花瓣检验一些碱溶液时也会发生变色现象。此后，波义耳从草药、牵牛花、苔藓、月季花、树皮等植物的根中提取汁液，并用它们制成了试纸，波义耳用这些试纸对酸性溶液和碱性溶液进行多次试验，终于发明了我们现在使用的酸碱指示剂。

在今天的化学科学研究中最常见的酸碱指示剂有甲基橙、酚酞、石蕊等，它们遇酸、碱变色的原理基本相同，如：酚酞在酸性和中性溶液中为无色，在碱性溶液中为紫红色，极强酸性溶液中为黄色或其它颜色（与酸种类有关），极强碱性溶液中为无色。这些颜色的变化与酚酞在不同酸碱性环境中结构的变化密切相关，如下表：

从上表可以看出，指示剂的显色与其微观结构变化相关，一般而言，有机物结构中的共轭体系越大，物质显示的颜色越深。从上述结构式中可以看出，在酚酞的两个醌式结构中，其共轭体系更大，而内酯式和羧酸盐式中的共轭体系较小，所以颜色有所不同。

在我们的日常生活中所见到的某些植物中含有丰富的花青素和其它有机酸碱，当环境pH改变时，有机酸碱的结构改变，致使其颜色发生变化，因而可以做为酸碱指示剂。其中一种我们常见的蔬菜——紫甘蓝所含的花青素非常丰富，可以用来自制酸碱指示剂，紫甘蓝及花青素的结构如下图：

图1 花青素结构简式

花青素，又称花色素，是自然界中一类广泛存在于植物中的水溶性天然色素，是花色苷水解而得的有颜色的背元素，在植物细胞液泡不同的pH 值条件下，花青素使花瓣呈现五彩缤纷的颜色。当我们将紫甘蓝的叶片捣碎、用蒸馏水浸取时可得到呈蓝紫色的浸取液，将浸取液分别加入生活中常见的物质中就会显示出不同的颜色，例如：将其滴到白醋中，无色的白醋迅速变为红色，滴入肥皂水中则迅速变为绿色，滴入碱面水中变为天蓝色。一般而言，花青素遇酸偏红色，遇碱偏蓝色或浅绿色。由此，我们可以利用花青素的变色原理来检验生活中常见物质水溶液的酸碱性。

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