自制植物酸堿指示劑

劉語涵

摘要：300多年前，英國化學家羅伯特·波義耳通過紫羅蘭的變色發明了酸堿指示劑。生活中，許多植物都含有色素，主要是花青素。花青素在不同酸堿環境中能呈現出不同顏色，可用作酸堿指示劑。

關鍵詞：植物；酸堿指示劑；波義耳

17世紀，英國科學家羅伯特·波義耳（Robert Boyle，1627—1691）在化學實驗中不小心將少許酸沫濺到紫羅蘭上。紫羅蘭變為紅色。為進一步探索變色原理，波義耳采集了藥草、牽牛花，苔蘚、月季花和各種植物的根，泡出了多種顏色的不同浸液，最終，他從石蕊中提取出紫色浸液，遇酸變為紅色，遇堿變為藍色，這就是最早的石蕊試液。為使用方便，波義耳用浸液把紙浸透、烘干制成紙片，使用時只要將小紙片放入被檢測的溶液，紙片顏色發生變化，從而顯示出溶液酸堿性。今天，我們使用的石蕊、酚酞試紙、pH試紙，就是根據該原理研制而成的。后來，隨著科學技術的進步和發展，許多其他指示劑也相繼被另一些科學家發現[1]。

一、實驗目的

“波義耳把化學確立為科學”。見微知著的波義耳經過鍥而不舍的努力，發現了酸堿指示劑，為化學科學做出了巨大貢獻。今天，讓我們重走科學家當年之路，感受實驗的點點滴滴，研究化學深層次原理，享受科學的神奇與魅力。

二、實驗材料

1、指示劑原料：野生黑枸杞

2、實驗器材：50ml量筒×2，300ml錐形瓶×2，250ml燒杯×2，過濾網×1，紙槽×1。

3、其他材料：10ml 3.5g/100ml白醋（0.000006 mol/L），10ml 8.4g碳酸氫鈉溶液（1 mol/L），PH=4鹽酸，PH=13氫氧化鈉，PH試紙。

三、實驗方法

控制變量法、對比實驗。各組實驗條件如表1：

室溫25℃，水溫16℃。

三、實驗過程

1、用16℃蒸餾水浸泡黑枸杞10 min，攪拌并過濾后，得紫色浸液。PH試紙測得溶液PH約為7。

2、配置酸堿溶液。

3、酸的檢驗。①用PH試紙測得白醋1的PH值約為6。②將0.000006 mol/L白醋倒入量筒中，量取10ml。③將黑枸杞浸液緩慢倒入量筒中，觀察實驗現象。④紫色浸液變為粉紅色。⑤換用PH=5的白醋2，粉紅色更加明顯。⑥換用PH=4的鹽酸，粉紅色變為紅色。

4、堿的檢驗。①用PH試紙測得碳酸氫鈉溶液1的PH值約為11。②將0.001 mol/L碳酸氫鈉溶液倒入量筒中，量取10 ml。③將黑枸杞浸液緩慢倒入量筒中，觀察實驗現象。④紫色浸液變為藍色。⑤換用0.0001 mol/L碳酸氫鈉溶液2，藍色變淺。⑥換用PH=13的氫氧化鈉，藍色加深。

五、實驗結果分析

1、關于酸堿度測定。用黑枸杞自制的酸堿指示劑遇酸變為紅色，遇堿變為藍色。且浸液顏色隨酸堿度升高而加深，多次實驗后，結果如下表，PH超過4和12后，指示劑顏色變化不明顯，自制黑枸杞酸堿指示劑的PH范圍約為3-13。

2、指示劑變色原理 。酸堿指示劑一般是有機弱酸或有機弱堿。它們的變色原理是由于其分子和電離出來的離子的結構不同，因此分子和離子的顏色也不同。在不同pH的溶液里，由于其分子濃度和離子濃度的比值不同，因此顯示出來的顏色也不同。例如石蕊【（C7H7O4N）n】是一種有機弱酸，它是由各種地衣制得的一種藍色色素。如果用HIn代表石蕊分子，HIn在水中發生下列電離：

如果在酸性溶液中，由于c（H+）增大，根據平衡移動原理可知，平衡將向逆反應方向移動，使c（HIn）增大，因此主要呈現紅色（酸色）。如果在堿性溶液中，由于c（OH-）增大，OH-與HIn電離生成的H+結合生成更難電離的H2O：

使石蕊的電離平衡向正反應方向移動，于是c（In-）增大，因此主要呈現藍色（堿色）。如果c（HIn）和c（In-）相等，則呈現紫色。指示劑的顏色變化都是在一定的pH范圍內發生的，指示劑發生顏色變化的pH范圍叫做指示劑的變色范圍。各種指示劑的變色范圍是由實驗測得的。表2列入了一些常用酸堿指示劑的變色范圍。

六、結語

這次實驗收獲頗豐，在生活中，自制酸堿指示劑是非常簡易的。實驗結果比較準確，但由于條件限制，使用的酸堿類型不夠多，測定的PH范圍也不夠精確。在第一次實驗時，酸堿指示劑是用清水配置的。由于時間沒有控制好，第二天酸堿指示劑變色失效了。第二次做實驗時，我查閱相關資料，用乙醇配置了指示劑，指示劑有效時間變長，幾天內沒有褪色，實驗得以正常進行。通過這次實驗，我了解了酸堿指示劑的發現歷史，更加深刻地理解了酸堿指示劑的工作原理，直觀生動地感悟了科學的嚴謹與神奇。300年前的發現，讓酸堿鑒定變得簡單，一代代科學家不懈的努力，讓化學科學不斷完善，不斷發揚光大。21世紀是飛速發展的時代，我們同樣應該用自己的智慧與堅持，為科學、人類的發展盡一份力。

參考文獻

[1] 雙靈仙，梁中耀.自制酸堿指示劑[J].教學儀器與實驗，2008，（5）：31.endprint