酸鹼指示劑

酸鹼指示劑 (Acid-Base Indicators)
高雄市立新莊高級中學化學科歐惠郡老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

一般酸鹼指示劑的變色範圍及其在酸、鹼溶液中呈現的顏色，皆列於下表。在自製酸鹼指示劑一文中曾提到：指示劑變色範圍的 pH 值通常會介於 pKa±1之間，下表中亦呈現出部份指示劑的此種相關性：

強酸與弱鹼的滴定，如鹽酸滴定氨水，當量點呈弱酸性；宜挑選變色範圍在 pH=7以下者，如表中瑞香草酚藍到甲基紅的指示劑；使指示劑變色的滴定終點接近當量點，以減少誤差。同理，強鹼與弱酸的滴定，如氫氧化鈉滴定醋酸，當量點呈弱鹼性；宜挑選變色範圍在 pH=7以上者，如第二階段變色的瑞香草酚藍到茜素黃R的指示劑。跨越 pH=7處變色者，則適用於強酸與強鹼的滴定，石蕊指示劑位於此區。

特別要介紹的是酚酞。分子式 C₂₀H₁₄O₄，可簡稱 phph，實驗時酚酞僅加入數滴，若濃度夠大，在鹼中將呈紫色而非粉紅色。其實酚酞的變色過程可細分為極酸區、弱酸中性到弱鹼區、鹼性區及極鹼區四種：

如下圖所示，酚酞的製備是利用苯酚與鄰苯二甲酸酐，在濃硫酸催化下共熱，製得淡黃色粉末：

酚酞可溶於乙醇、乙醚中，但其極性較小，故不溶於水；實驗時，大都配成酒精溶液使用。酚酞為弱酸性物質，故鹼性物質有助於其溶解。在鹼性到極鹼性的狀況下，粉紅色消褪的速率並不快，可用作研究動力學的反應。用作酸鹼滴定的指示劑時，要注意的是：以氫氧化鈉或氫氧化鉀等強鹼滴定弱酸的實驗中，達滴定終點後，反應物靜置一段時間，粉紅色會漸漸變淺，這並不是因為鹼性變強，而是空氣中的二氧化碳溶解到溶液裡，使pH值下降所造成的現象。

註一：瑞香草酚藍有兩個變色範圍，氫離子的脫離，改變了苯環的鍵結，其反應如下：

註二：

上圖所示，為甲基黃的結構式。式中最右邊的氮原子，接了兩個甲基；若為甲基橙，則其結構是在左邊的苯環上，再接上硫酸根；而甲基紅則是將甲基橙的硫酸根，替換為-COOH。苯環上接－N=N－與－N(CH₃)₂的結構，是這三者會呈現顏色的主因。

註三：溴甲酚綠依酸鹼值不同的變色反應如下：

溴甲酚紫、溴瑞香草藍和溴甲酚綠結構上的相似處，是它們都在苯環上有－OH官能基（名稱中「酚」的來由）及溴原子。

參考書目
1. 闕山仲、方嘉德、徐照程、陳秀珍編譯，1993年，分析化學，藝軒出版社。
2. http://en.wikipedia.org/wiki/PH_indicator
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Phenolphthalein