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酸堿指示劑
羅伯特·波義耳發(fā)現(xiàn)的指示劑
簡(jiǎn)介
發(fā)現(xiàn)經(jīng)過
酸堿指示劑是檢驗(yàn)溶液酸堿性的常用化學(xué)試劑，像科學(xué)上的許多其它發(fā)現(xiàn)一樣，酸堿指示劑的發(fā)現(xiàn)是化學(xué)家善于觀察、勤于思考。勇于探索的結(jié)果。
酸堿指示劑
他還采集了藥草、牽牛花，苔蘚、月季花、樹皮和各種植物的根……泡出了多種顏色的不同浸液，有些浸液遇酸變色，有些浸液遇堿變色，不過有趣的是，他從石蕊苔蘚中提取的紫色浸液，酸能使它變紅色，堿能使它變藍(lán)色，這就是最早的石蕊試液，波義耳把它稱作指示劑。為使用方便，波義耳用一些浸液把紙浸透、烘干制成紙片，使用時(shí)只要將小紙片放入被檢測(cè)的溶液，紙片上就會(huì)發(fā)生顏色變化，從而顯示出溶液是酸性還是堿性。今天，我們使用的石蕊、酚酞試紙、pH試紙，就是根據(jù)波義耳的發(fā)現(xiàn)原理研制而成的。
后來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，許多其它的指示劑也相繼被另一些科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)。
分類
用量要求
堿指示劑應(yīng)該選用甲基橙作指示劑。
酸堿指示劑
指示劑用量過多，還會(huì)影響變色的敏銳性。例如：以甲基橙為指示劑，用HCl滴定NaOH溶液，終點(diǎn)為橙色，若甲基橙用量過多則終點(diǎn)敏銳性就較差。
2．溫度和溶劑
溫度的變化會(huì)引起指示劑電離常數(shù)和水的質(zhì)子自遞常數(shù)發(fā)生變化，因而指示劑的變色范圍亦隨之改變，對(duì)堿性指示劑的影響較酸性指示劑更為明顯。不同的溶劑具有不同的介電常數(shù)和酸堿性，因而也會(huì)影響指示劑的電離常數(shù)和變色范圍。
3．指示劑的選擇
指示劑選擇不當(dāng)，加之肉眼對(duì)變色點(diǎn)辨認(rèn)困難，都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來誤差。
因此，在多種指示劑中，選擇指示劑的依據(jù)是：要選擇一種變色范圍恰好在滴定曲線的突躍范圍之內(nèi)，或者至少要占滴定曲線突躍范圍一部分的指示劑。這樣當(dāng)?shù)味ㄕ迷诘味ㄇ€突躍范圍之內(nèi)結(jié)束時(shí)，其最大誤差不過0.1%，這是容量分析容許的。
變色原理
酸堿指示劑既然都是一些有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿，那么在不同的酸堿性溶液中，它們的電離程度就不同，于是會(huì)顯示不同的顏色。pH試紙則是由多種指示劑混合液制成的，通常情況下pH試紙就顯金黃色，pH≈5，可見在制作時(shí)，已將指示劑混合液調(diào)至弱酸性，并不是中性，這是為了減弱空氣中CO對(duì)測(cè)定的影響。此外，中和反應(yīng)時(shí)，使用酸堿指示劑只能用2～3滴，也是因?yàn)樗釅A指示劑都是有機(jī)酸或有機(jī)堿，用多了會(huì)增大誤差的。
酸堿指示劑
石蕊（主要成分用HL表示）在水溶液里能發(fā)生如下電離： HL←→H+L（H紅色， L藍(lán)色）
在酸性溶液里，紅色的分子是存在的主要形式，溶液顯紅色；在堿性溶液里，上述電離平衡向右移動(dòng)，藍(lán)色的離子是存在的主要形式，溶液顯藍(lán)色；在中性溶液里，紅色的分子和藍(lán)色的酸根離子同時(shí)存在，所以溶液顯紫色。
石蕊能溶于水，且能溶于酒精，變色范圍是pH 5.0～8.0
酚酞是一種有機(jī)弱酸，它在酸性溶液中，濃度較高時(shí)，形成無色分子。但隨著溶液中H濃度的減小，OH濃度的增大，酚酞結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并進(jìn)一步電離成紅色離子這個(gè)轉(zhuǎn)變過程是一個(gè)可逆過程，如果溶液中H濃度增加，上述平衡向反方向移動(dòng)，酚酞又變成了無色分子。因此，酚酞在酸性溶液里呈無色，當(dāng)溶液中H濃度降低，濃度升高時(shí)呈紅色。酚酞的變色范圍是pH 8.0～10.0。
酚酞的醌式或醌式酸鹽，在堿性介質(zhì)中是很不穩(wěn)定的，它會(huì)慢慢地轉(zhuǎn)化成無色的羧酸鹽式因此做氫氧化鈉溶液使酚酞顯色實(shí)驗(yàn)時(shí)，要用氫氧化鈉稀溶液，而不能用濃溶液。
影響因素
在實(shí)際中，影響酸堿指示劑變色范圍的因素主要有兩方面：一種是影響指示劑常數(shù)K的因素，包括溫度、溶劑、溶液的離子強(qiáng)度等，其中溫度的影響較大。另一種是影響變色范圍寬度的因素，如指示劑用量、滴定程序等，現(xiàn)具體討論如下。
1．溫度溫度改變時(shí)，指示劑常數(shù)K及水的離子積K均有改變，因此指示劑的變色范圍也隨之發(fā)生改變。例如，18℃時(shí)，甲基橙的變色范圍為3.1～4.4，而100℃時(shí)，變?yōu)?.5～3.7。因此，滴定宜在室溫下進(jìn)行。如必須加熱，應(yīng)該將溶液冷卻后再進(jìn)行滴定。
3．中性電解質(zhì)溶液中性電解質(zhì)的存在增加了溶液的離子強(qiáng)度，使指示劑常數(shù)改變，影響到指示劑的變色范圍。此外，某些電解質(zhì)還具有吸收不同波長(zhǎng)光波的性質(zhì)，會(huì)引起指示劑顏色深度、色調(diào)及變色靈敏度的改變。所以在滴定溶液中不宜有大量鹽類存在。
4．指示劑用量指示劑的用量（濃度）是一個(gè)重要因素。對(duì)于單色指示劑（如酚酞、百里酚酞），指示劑的用量對(duì)變色范圍有較大影響。從指示劑變色的平衡關(guān)系看出：
HIn←→H+In
設(shè)指示劑總濃度為c，人眼觀察到紅色堿式的最低濃度為一固定值a，代入平衡式，則
K/[H]=[In]/[Hln]=a/(a-c)
式中，K是定值，如果c增大了，則[H]會(huì)相應(yīng)增大，酚酞指示劑將在較低pH值變色。例如，在50～100ml溶液中加入2～3滴0.1%酚酞，在pH≈9時(shí)出現(xiàn)為紅色；而在同樣條件下，如加入15～20滴酚酞，在pH≈8時(shí)就會(huì)出現(xiàn)為紅色。因此．對(duì)單色指示劑須嚴(yán)格控制指示劑用量。
對(duì)于雙色指示劑，指示劑用量多少不會(huì)影響變色范圍。但溶液中指示劑的濃度大時(shí)可能致使終點(diǎn)時(shí)顏色變化不敏銳。另外指示劑本身也要消耗滴定劑．使滴定誤差增大。因此，指示劑用量一般少一些為宜，只要達(dá)到變色靈敏度，用量越少越好。
5．滴定程序溶液由淺色滴定到深色時(shí)，便于觀察終點(diǎn)顏色的變化。所以滴定程序宜是當(dāng)指示劑顏色由酸式或堿式色變?yōu)榛旌仙珪r(shí)，溶液顏色由淺色變化到深色。例如，用酚酞作指示劑，滴定程序一般為用堿滴定酸，終點(diǎn)由無色變?yōu)榉奂t色，容易辨別。而用甲基橙作指示劑，一般用酸滴定堿，終點(diǎn)由黃色變?yōu)槌壬子诒嬲J(rèn)。
常用指示劑
自制方法
1.從紅蘿卜皮中提取酸堿指示劑：刮下紅蘿卜的紅皮后，用95%的酒精浸泡一天左右，過濾取出它的濾液即酸堿指示劑。按檢驗(yàn)的需要制作pH1～14的標(biāo)準(zhǔn)液若干個(gè)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)液取10ml分置于試管中，再分別加入紅蘿卜皮浸泡液10滴，塞緊作為比色樣品。在某待測(cè)溶液中加入紅蘿卜浸泡液，顏色發(fā)生變化后再與比色樣品比較，就能確定待測(cè)溶液pH值的大致范圍。
2. 從紫草中提取酸堿指示劑：取紫草5g，用50%的酒精浸泡一天可得到紫草素的紫色的酒精溶液即酸堿指示劑。其遇到酸堿的變色與石蕊試液相同。
堿指示劑應(yīng)該選用甲基橙作指示劑。
4. 從米莧菜中提取酸堿指示劑：其操作方法同操作3。
5.用咖喱粉制酸堿指示劑：取一藥匙咖喱粉，用50%的調(diào)成糊狀，涂在一塊白布的兩面上，放置一段時(shí)間后用水沖去多余的咖喱粉，白布被染成黃色，這就制成一塊可以多次反復(fù)使用的酸堿指示布。它遇堿性溶液時(shí)呈紅色，遇酸性溶液時(shí)呈黃褐色。每次用完后，用水把布上的酸性或堿性物質(zhì)漂洗干凈，指示布又恢復(fù)原來的黃色。可以供下次繼續(xù)使用。
還有很多植物的色素如月季花、菊花、牽牛花等的浸出液都可以制成不同的酸堿指示劑。
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