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酸碱指示剂
罗伯特·波义耳发现的指示剂
简介
发现经过
酸碱指示剂是检验溶液酸碱性的常用化学试剂，像科学上的许多其它发现一样，酸碱指示剂的发现是化学家善于观察、勤于思考。勇于探索的结果。
酸碱指示剂
他还采集了药草、牵牛花，苔藓、月季花、树皮和各种植物的根……泡出了多种颜色的不同浸液，有些浸液遇酸变色，有些浸液遇碱变色，不过有趣的是，他从石蕊苔藓中提取的紫色浸液，酸能使它变红色，碱能使它变蓝色，这就是最早的石蕊试液，波义耳把它称作指示剂。为使用方便，波义耳用一些浸液把纸浸透、烘干制成纸片，使用时只要将小纸片放入被检测的溶液，纸片上就会发生颜色变化，从而显示出溶液是酸性还是碱性。今天，我们使用的石蕊、酚酞试纸、pH试纸，就是根据波义耳的发现原理研制而成的。
后来，随着科学技术的进步和发展，许多其它的指示剂也相继被另一些科学家所发现。
分类
用量要求
碱指示剂应该选用甲基橙作指示剂。
酸碱指示剂
指示剂用量过多，还会影响变色的敏锐性。例如：以甲基橙为指示剂，用HCl滴定NaOH溶液，终点为橙色，若甲基橙用量过多则终点敏锐性就较差。
2．温度和溶剂
温度的变化会引起指示剂电离常数和水的质子自递常数发生变化，因而指示剂的变色范围亦随之改变，对碱性指示剂的影响较酸性指示剂更为明显。不同的溶剂具有不同的介电常数和酸碱性，因而也会影响指示剂的电离常数和变色范围。
3．指示剂的选择
指示剂选择不当，加之肉眼对变色点辨认困难，都会给测定结果带来误差。
因此，在多种指示剂中，选择指示剂的依据是：要选择一种变色范围恰好在滴定曲线的突跃范围之内，或者至少要占滴定曲线突跃范围一部分的指示剂。这样当滴定正好在滴定曲线突跃范围之内结束时，其最大误差不过0.1%，这是容量分析容许的。
变色原理
酸碱指示剂既然都是一些有机弱酸或有机弱碱，那么在不同的酸碱性溶液中，它们的电离程度就不同，于是会显示不同的颜色。pH试纸则是由多种指示剂混合液制成的，通常情况下pH试纸就显金黄色，pH≈5，可见在制作时，已将指示剂混合液调至弱酸性，并不是中性，这是为了减弱空气中CO对测定的影响。此外，中和反应时，使用酸碱指示剂只能用2～3滴，也是因为酸碱指示剂都是有机酸或有机碱，用多了会增大误差的。
酸碱指示剂
石蕊（主要成分用HL表示）在水溶液里能发生如下电离： HL←→H+L（H红色， L蓝色）
石蕊能溶于水，且能溶于酒精，变色范围是pH 5.0～8.0
酚酞是一种有机弱酸，它在酸性溶液中，浓度较高时，形成无色分子。但随着溶液中H浓度的减小，OH浓度的增大，酚酞结构发生改变，并进一步电离成红色离子这个转变过程是一个可逆过程，如果溶液中H浓度增加，上述平衡向反方向移动，酚酞又变成了无色分子。因此，酚酞在酸性溶液里呈无色，当溶液中H浓度降低，浓度升高时呈红色。酚酞的变色范围是pH 8.0～10.0。
影响因素
在实际中，影响酸碱指示剂变色范围的因素主要有两方面：一种是影响指示剂常数K的因素，包括温度、溶剂、溶液的离子强度等，其中温度的影响较大。另一种是影响变色范围宽度的因素，如指示剂用量、滴定程序等，现具体讨论如下。
1．温度温度改变时，指示剂常数K及水的离子积K均有改变，因此指示剂的变色范围也随之发生改变。例如，18℃时，甲基橙的变色范围为3.1～4.4，而100℃时，变为2.5～3.7。因此，滴定宜在室温下进行。如必须加热，应该将溶液冷却后再进行滴定。
3．中性电解质溶液中性电解质的存在增加了溶液的离子强度，使指示剂常数改变，影响到指示剂的变色范围。此外，某些电解质还具有吸收不同波长光波的性质，会引起指示剂颜色深度、色调及变色灵敏度的改变。所以在滴定溶液中不宜有大量盐类存在。
4．指示剂用量指示剂的用量（浓度）是一个重要因素。对于单色指示剂（如酚酞、百里酚酞），指示剂的用量对变色范围有较大影响。从指示剂变色的平衡关系看出：
HIn←→H+In
设指示剂总浓度为c，人眼观察到红色碱式的最低浓度为一固定值a，代入平衡式，则
K/[H]=[In]/[Hln]=a/(a-c)
式中，K是定值，如果c增大了，则[H]会相应增大，酚酞指示剂将在较低pH值变色。例如，在50～100ml溶液中加入2～3滴0.1%酚酞，在pH≈9时出现为红色；而在同样条件下，如加入15～20滴酚酞，在pH≈8时就会出现为红色。因此．对单色指示剂须严格控制指示剂用量。
对于双色指示剂，指示剂用量多少不会影响变色范围。但溶液中指示剂的浓度大时可能致使终点时颜色变化不敏锐。另外指示剂本身也要消耗滴定剂．使滴定误差增大。因此，指示剂用量一般少一些为宜，只要达到变色灵敏度，用量越少越好。
5．滴定程序溶液由浅色滴定到深色时，便于观察终点颜色的变化。所以滴定程序宜是当指示剂颜色由酸式或碱式色变为混合色时，溶液颜色由浅色变化到深色。例如，用酚酞作指示剂，滴定程序一般为用碱滴定酸，终点由无色变为粉红色，容易辨别。而用甲基橙作指示剂，一般用酸滴定碱，终点由黄色变为橙色，易于辨认。
常用指示剂
自制方法
1.从红萝卜皮中提取酸碱指示剂：刮下红萝卜的红皮后，用95%的酒精浸泡一天左右，过滤取出它的滤液即酸碱指示剂。按检验的需要制作pH1～14的标准液若干个，每个标准液取10ml分置于试管中，再分别加入红萝卜皮浸泡液10滴，塞紧作为比色样品。在某待测溶液中加入红萝卜浸泡液，颜色发生变化后再与比色样品比较，就能确定待测溶液pH值的大致范围。
2. 从紫草中提取酸碱指示剂：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碱指示剂。其遇到酸碱的变色与石蕊试液相同。
碱指示剂应该选用甲基橙作指示剂。
4. 从米苋菜中提取酸碱指示剂：其操作方法同操作3。
5.用咖喱粉制酸碱指示剂：取一药匙咖喱粉，用50%的调成糊状，涂在一块白布的两面上，放置一段时间后用水冲去多余的咖喱粉，白布被染成黄色，这就制成一块可以多次反复使用的酸碱指示布。它遇碱性溶液时呈红色，遇酸性溶液时呈黄褐色。每次用完后，用水把布上的酸性或碱性物质漂洗干净，指示布又恢复原来的黄色。可以供下次继续使用。
还有很多植物的色素如月季花、菊花、牵牛花等的浸出液都可以制成不同的酸碱指示剂。
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