每经编辑｜钱俊瑞    

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pH试(shi)纸的“前(qian)世今(jin)生”：从指(zhi)示剂的(de)萌(meng)芽到黑黄(huang)试纸的(de)诞生(sheng)

在(zai)浩(hao)瀚的(de)化学(xue)世界里，酸碱度的(de)概念如同血(xue)液般(ban)贯(guan)穿始(shi)终，无论(lun)是我们日常(chang)生(sheng)活(huo)中(zhong)烹饪的美(mei)味佳(jia)肴，还(hai)是工业生(sheng)产中的精(jing)密调控，亦或是(shi)生(sheng)命体内的生(sheng)化反(fan)应，都离不(bu)开对(dui)pH值的(de)精准(zhun)把(ba)握(wo)。而pH试(shi)纸，作(zuo)为一(yi)种(zhong)简(jian)单易(yi)得、直(zhi)观(guan)方(fang)便的(de)检测工(gong)具，无疑(yi)是化(hua)学爱好(hao)者(zhe)和专业人(ren)士(shi)手(shou)中(zhong)的“万(wan)能钥(yao)匙(shi)”。

今天，我们要聚(ju)焦的，是(shi)那(na)款(kuan)经(jing)典的“黑(hei)黄”pH试(shi)纸(zhi)，它以其独(du)特的颜色变(bian)化，为我(wo)们揭(jie)示了(le)溶(rong)液酸碱度(du)的(de)秘密(mi)。

要理解黑黄pH试纸的变(bian)色原理(li)，我们得先(xian)从“指(zhi)示剂(ji)”这个概念(nian)说(shuo)起。指示(shi)剂，顾(gu)名思义，就是(shi)能指示(shi)某种(zhong)变化发(fa)生(sheng)的(de)物(wu)质。在(zai)化学(xue)中，pH指示剂(ji)是(shi)一(yi)种能(neng)够在(zai)特(te)定pH范围(wei)内，因(yin)溶液(ye)酸碱(jian)度的(de)改变而呈(cheng)现不(bu)同颜(yan)色的(de)弱酸或(huo)弱(ruo)碱。它(ta)们就(jiu)像是溶(rong)液(ye)中的(de)“变色龙”，根(gen)据环(huan)境的(de)pH值，变换出(chu)属(shu)于(yu)自己的(de)“保(bao)护色(se)”。

pH指示剂的(de)变色机制，本质(zhi)上是分子(zi)结构(gou)在(zai)不同(tong)pH环境(jing)下发生(sheng)的化(hua)学变(bian)化。许多(duo)pH指示剂(ji)都含(han)有(you)能(neng)够解(jie)离或(huo)结(jie)合质(zhi)子（H?）的官(guan)能(neng)团(tuan)。在酸(suan)性溶液中(zhong)，质(zhi)子浓(nong)度高，指示剂(ji)分子倾(qing)向于结(jie)合质(zhi)子(zi)，形成一(yi)种颜(yan)色(se)；而(er)在碱性溶(rong)液(ye)中，质(zhi)子(zi)浓(nong)度(du)低(di)，指示剂(ji)分子则(ze)倾(qing)向于解离质子(zi)，或与(yu)氢氧根离子(zi)（OH?）结合，形(xing)成(cheng)另一种(zhong)颜色(se)。

这(zhe)种颜色(se)上的差异，源于(yu)指示剂分(fen)子在(zai)不同(tong)质(zhi)子化状态下的(de)电子云(yun)分布和能(neng)级结(jie)构发(fa)生(sheng)了改(gai)变(bian)，从而影响(xiang)了它(ta)对可(ke)见光的吸(xi)收和(he)反射特性。

历(li)史上(shang)，人(ren)们(men)很(hen)早就(jiu)开(kai)始(shi)寻(xun)找能够(gou)指示(shi)酸碱(jian)度(du)的(de)物质。早在(zai)古希(xi)腊时(shi)期，就(jiu)有(you)使(shi)用(yong)天然植物提取(qu)物来区(qu)分(fen)酸(suan)碱的(de)记载(zai)，例如紫(zi)甘(gan)蓝(lan)汁(zhi)，它在酸性环境下呈(cheng)现(xian)红色，在(zai)中(zhong)性(xing)环(huan)境(jing)下呈(cheng)现紫(zi)色(se)，在碱性(xing)环境下(xia)则(ze)呈现(xian)蓝色(se)甚至绿色(se)。这(zhe)些天(tian)然的“指(zhi)示剂”为(wei)我们(men)打(da)开了(le)探(tan)索(suo)pH值(zhi)世(shi)界的(de)大门。

随着(zhe)化学科学的发(fa)展(zhan)，人们开始合(he)成和分离出更多种(zhong)类的(de)pH指示(shi)剂，并对(dui)其变色原理进(jin)行了深入研究(jiu)。例(li)如，我(wo)们(men)熟(shu)悉的石蕊(rui)，就是一种从(cong)地(di)衣中提取(qu)的天(tian)然染(ran)料(liao)，它(ta)在酸性溶(rong)液中变红(hong)，在碱性(xing)溶(rong)液(ye)中(zhong)变蓝(lan)。酚酞，则是另一种广为(wei)人知的(de)合(he)成指示(shi)剂，它(ta)在酸(suan)性(xing)溶液中(zhong)无色，在碱(jian)性溶液(ye)中(zhong)呈现鲜艳的(de)粉(fen)红色(se)，因此常被(bei)用于(yu)酸碱滴定。

单一(yi)的指(zhi)示剂(ji)往往(wang)只能指(zhi)示(shi)一个(ge)较窄的(de)pH范围，而(er)且颜(yan)色(se)变化可(ke)能不够(gou)明(ming)显，难(nan)以精确判(pan)断(duan)。为(wei)了克(ke)服这些(xie)局(ju)限(xian)，科(ke)学(xue)家(jia)们(men)发(fa)明了(le)“混合(he)指示(shi)剂”或“多指示剂(ji)试纸”。黑(hei)黄(huang)pH试(shi)纸，就是(shi)一种非常成(cheng)功的(de)混(hun)合指(zhi)示剂(ji)试(shi)纸(zhi)。它(ta)巧(qiao)妙地(di)将几(ji)种(zhong)具(ju)有不(bu)同变色pH范(fan)围和颜色(se)的指(zhi)示(shi)剂(ji)按(an)特定(ding)比(bi)例(li)混合，并浸渍在(zai)滤(lv)纸等吸(xi)附(fu)材料(liao)上。

这(zhe)些混(hun)合在(zai)一(yi)起的(de)指(zhi)示剂(ji)，在(zai)不(bu)同(tong)的(de)pH环境下(xia)，会呈现(xian)出更加丰(feng)富、细(xi)腻的颜色变化(hua)。当pH试纸接触溶液时(shi)，溶(rong)液中的(de)H?或(huo)OH?离子会与试(shi)纸上(shang)的指(zhi)示剂(ji)分(fen)子发生反(fan)应(ying)，导致(zhi)指示剂的(de)结构发生(sheng)变化(hua)，从而引起颜色(se)的(de)改变。黑黄pH试(shi)纸之所以呈现(xian)“黑黄(huang)”的名(ming)称，通常是(shi)指其不同(tong)pH范(fan)围(wei)内(nei)呈现出的一系列从深(shen)色(se)（接近黑(hei)色）到(dao)黄色(se)（或更(geng)浅的(de)颜色(se)）的渐(jian)变(bian)色(se)。

当然(ran)，这个(ge)“黑黄”的说法可(ke)能更(geng)多的是一(yi)种约(yue)定俗成的(de)称呼，实际(ji)颜(yan)色变(bian)化会涵(han)盖更广(guang)泛的谱系(xi)，例如从(cong)深红、橙红、黄、绿到蓝(lan)、紫(zi)等，具体(ti)取决(jue)于(yu)所使用(yong)的指(zhi)示(shi)剂组合(he)。

这些指示剂(ji)的(de)精妙配(pei)比，使(shi)得(de)黑黄(huang)pH试纸(zhi)能够(gou)覆(fu)盖一个相对(dui)宽广的pH范围（例(li)如从0到14），并(bing)且在(zai)每隔(ge)一段(duan)pH值(zhi)上(shang)，都能(neng)呈(cheng)现(xian)出可(ke)辨识的颜色。通(tong)过将试纸的(de)颜(yan)色与标准(zhun)比(bi)色(se)卡（通(tong)常也(ye)印在(zai)试纸(zhi)包装上）进(jin)行比(bi)对，我们就(jiu)能(neng)快速(su)、准确(que)地估算(suan)出溶液(ye)的(de)pH值。这种(zhong)“颜色解(jie)码”的过程，正是(shi)黑(hei)黄(huang)pH试(shi)纸科学(xue)魅力所在。

Part1总结：

黑(hei)黄(huang)pH试纸(zhi)的诞(dan)生，是(shi)人类对酸(suan)碱指(zhi)示剂认(ren)识(shi)不断深入的产(chan)物(wu)。从天然植物染料(liao)到人(ren)工(gong)合(he)成的(de)指示(shi)剂，再(zai)到精妙配比的(de)混(hun)合指(zhi)示(shi)剂，每(mei)一(yi)步都凝(ning)聚(ju)着(zhe)化学家的(de)智(zhi)慧(hui)。pH试纸通过指示(shi)剂分子在(zai)不同(tong)pH环境(jing)下(xia)的结构变化(hua)，呈现出丰(feng)富(fu)的(de)颜色变化(hua)，为我(wo)们提供了(le)一(yi)种(zhong)直观、便捷(jie)的pH值检(jian)测(ce)手(shou)段(duan)。

接下(xia)来的(de)Part2，我们将(jiang)深入(ru)探讨黑(hei)黄pH试(shi)纸具(ju)体的(de)变色(se)机制(zhi)，以及如(ru)何科(ke)学(xue)地运(yun)用它(ta)来检(jian)测溶(rong)液(ye)的(de)酸碱度。

黑(hei)黄pH试(shi)纸的(de)“变(bian)色密码(ma)”：多指示剂(ji)协同作(zuo)用下的(de)色彩(cai)演(yan)变

在Part1中(zhong)，我们了解了pH试(shi)纸的“前世(shi)今生(sheng)”以及指(zhi)示(shi)剂的基本(ben)概(gai)念。现在(zai)，让我(wo)们更深入地剖析黑黄pH试(shi)纸“黑(hei)黄”变色背后的(de)科学原理(li)，并掌(zhang)握(wo)如何(he)准(zhun)确地使用它来(lai)检(jian)测(ce)溶液(ye)的pH值(zhi)。

黑(hei)黄(huang)pH试纸之所(suo)以能够(gou)覆(fu)盖广(guang)泛的pH范(fan)围(wei)并(bing)呈(cheng)现出(chu)多样(yang)的(de)颜(yan)色(se)变化，并非单(dan)一指示剂(ji)的(de)功劳，而是多种指(zhi)示剂协(xie)同作用(yong)的结(jie)果。这些指(zhi)示剂被巧(qiao)妙(miao)地(di)浸渍在滤纸上(shang)，它(ta)们的(de)变(bian)色pH范(fan)围(wei)相互(hu)衔(xian)接，共(gong)同构成了(le)一个(ge)完(wan)整(zheng)的(de)pH梯(ti)度(du)。当(dang)pH试纸接触到(dao)待(dai)测(ce)溶(rong)液(ye)时(shi)，溶液(ye)中(zhong)的氢离子（H?）或氢氧根离(li)子(zi)（OH?）会(hui)与试纸上(shang)的(de)不(bu)同指示剂(ji)发生(sheng)酸碱(jian)反应(ying)，引发(fa)其分子结构的(de)变(bian)化，进(jin)而(er)产生颜色上(shang)的改变(bian)。

举例(li)来说(shuo)，一(yi)个(ge)典(dian)型(xing)的(de)pH试纸组(zu)合可能(neng)包含以(yi)下几种指示(shi)剂(ji)：

百里(li)酚蓝（ThymolBlue）：它在(zai)pH1.2-2.8之(zhi)间(jian)由红(hong)变黄(huang)，在pH8.0-9.6之间(jian)由(you)黄变(bian)蓝。甲(jia)基(ji)红(hong)（MethylRed）：它在(zai)pH4.4-6.2之间(jian)由(you)红(hong)变黄。溴百里酚蓝（BromothymolBlue）：它(ta)在pH6.0-7.6之间由黄变(bian)蓝。

酚酞（Phenolphthalein）：它在(zai)pH8.2-10.0之(zhi)间由(you)无(wu)色(se)变粉(fen)红。

请注(zhu)意，这只(zhi)是(shi)一个示例性(xing)的组(zu)合，实(shi)际(ji)的(de)黑(hei)黄(huang)pH试纸所使(shi)用的(de)指示剂及(ji)其精(jing)确的(de)变色(se)范围(wei)可能会有(you)所不(bu)同，以达到特(te)定(ding)的pH覆盖和(he)颜色(se)梯度(du)。

当一份溶(rong)液的(de)pH值(zhi)非(fei)常低（强(qiang)酸性）时，例(li)如(ru)pH1-2，试(shi)纸上(shang)的(de)某些(xie)指示剂（如(ru)百里酚蓝(lan)的第(di)一个(ge)变(bian)色(se)区间(jian)）会(hui)呈(cheng)现出红(hong)色(se)或更(geng)深的(de)颜(yan)色(se)，这可能(neng)对应着(zhe)我们(men)俗(su)称的“黑(hei)黄”试(shi)纸中的“黑色”端(duan)。随(sui)着溶液(ye)pH值的升高，当pH值(zhi)进入中等(deng)酸性(xing)范(fan)围(wei)（例(li)如pH4-6），甲基(ji)红等(deng)指示剂开(kai)始发(fa)挥(hui)作(zuo)用，呈(cheng)现出橙(cheng)色或(huo)黄(huang)色的变化(hua)。

当溶(rong)液接近中性（pH7）时，溴百(bai)里(li)酚蓝可(ke)能呈(cheng)现出绿色(se)。而(er)当溶(rong)液进入(ru)碱性范围(wei)（例(li)如pH8-10），百里酚蓝的第(di)二个变色区间(jian)或酚酞会(hui)开始(shi)显(xian)色(se)，呈现(xian)出蓝(lan)色或(huo)粉红(hong)色。

正(zheng)是这种不(bu)同指示剂在各自适用pH范围内(nei)“接力(li)式”的颜色变化(hua)，共同(tong)编织(zhi)出了(le)pH试纸(zhi)上(shang)从“黑(hei)”（或(huo)深红/深紫(zi)）到“黄(huang)”（或浅(qian)黄(huang)/绿色）的(de)丰富(fu)多彩(cai)谱系(xi)。每一(yi)个颜(yan)色都(dou)代(dai)表着一个特定的pH值范围，而(er)试(shi)纸(zhi)上的完整(zheng)颜色带，则描绘(hui)了从强酸(suan)到强(qiang)碱(jian)的(de)整(zheng)个pH图景(jing)。

掌握(wo)溶液(ye)检(jian)测的“三(san)步(bu)曲(qu)”：

准备(bei)工作：你需(xu)要准备好(hao)待(dai)测(ce)的溶液，以及(ji)一张新的黑黄pH试纸。确保(bao)你的(de)双手清(qing)洁，避(bi)免对(dui)试纸(zhi)或溶液(ye)造成污染(ran)。取(qu)样(yang)与显色(se)：取一小滴(di)待(dai)测(ce)溶液(ye)，滴(di)在pH试纸(zhi)的测试区域上(shang)，或(huo)者(zhe)将pH试(shi)纸短(duan)暂浸(jin)入溶液中（但(dan)不要太久，以(yi)免指(zhi)示(shi)剂溶解(jie)）。注意观察试纸(zhi)的颜色变(bian)化。

显(xian)色过程通常非常迅(xun)速，但为了(le)获得最(zui)佳(jia)的颜(yan)色对(dui)比度(du)，可以等待(dai)几秒钟，直(zhi)到颜(yan)色(se)稳定下来。比对与(yu)判断(duan)：将(jiang)显色(se)后的pH试纸与(yu)包(bao)装(zhuang)盒上(shang)的(de)标准(zhun)比(bi)色卡(ka)进行比对(dui)。在光线(xian)充(chong)足的(de)条件下(xia)，找到(dao)与试(shi)纸(zhi)颜色最接近的(de)比色(se)卡色块(kuai)，并(bing)读取其(qi)对应(ying)的(de)pH数值(zhi)。这个数值(zhi)就是待测溶(rong)液的pH值。

使用(yong)中的“小贴士(shi)”与(yu)注(zhu)意事项：

光线：比对(dui)颜色(se)时(shi)，务必在(zai)充(chong)足(zu)、稳(wen)定的光(guang)线下进行，最(zui)好(hao)是自然光。弱光(guang)或不同(tong)色温的(de)光源都可能影(ying)响(xiang)颜色(se)的判断(duan)。比色卡：不同的(de)pH试纸品牌，其比色(se)卡(ka)的(de)设计和(he)颜色可(ke)能(neng)略有(you)差异(yi)。务必使用(yong)你手中(zhong)试(shi)纸包(bao)装附带(dai)的(de)比色(se)卡进行比对。准(zhun)确性(xing)：pH试纸的精(jing)度通常(chang)在(zai)±0.5到±1个(ge)pH单位(wei)之间(jian)，对于(yu)需要极高(gao)精度(du)测量(liang)的场合（如精密(mi)化学(xue)分析(xi)、医(yi)药研发），可能(neng)需要使用pH计等更(geng)专(zhuan)业的仪器(qi)。

但对(dui)于日常(chang)的初步(bu)判断(duan)，pH试纸(zhi)已(yi)经足(zu)够(gou)。污染(ran)：避免(mian)用手(shou)指(zhi)直(zhi)接接触试(shi)纸的(de)测试区域，以免(mian)指纹上的油(you)脂(zhi)或汗液(ye)干(gan)扰测(ce)试结果。保存(cun)：pH试(shi)纸应保(bao)存在干(gan)燥、阴凉、避(bi)光处(chu)，并确保瓶盖(gai)或包装(zhuang)严密，以防(fang)吸潮或(huo)失效。特(te)殊溶液：对(dui)于一些含有(you)强氧化(hua)剂、还(hai)原剂或易(yi)挥发(fa)性物质的(de)溶液(ye)，pH试(shi)纸的测(ce)试结(jie)果可能不(bu)准确(que)。

黑黄pH试纸(zhi)，以其(qi)简洁(jie)的设计(ji)和直观(guan)的变(bian)色机制，将(jiang)复杂(za)的(de)酸碱化学知(zhi)识“浓(nong)缩”在一张小小的(de)纸(zhi)片上(shang)。它不仅(jin)是化学(xue)实验的(de)得力(li)助(zhu)手，也是教(jiao)育领(ling)域中(zhong)启(qi)蒙(meng)学(xue)生(sheng)科学(xue)兴趣(qu)的绝佳(jia)工具。每(mei)一次(ci)颜色(se)的转换(huan)，都(dou)诉说着(zhe)溶液酸(suan)碱度的(de)故事，每(mei)一次的(de)精(jing)准读(du)取，都体现(xian)着科(ke)学的(de)严谨(jin)与(yu)魅力。

掌(zhang)握了(le)它的(de)变色密(mi)码，你(ni)就(jiu)能在日常生活(huo)的(de)方(fang)方面面，轻(qing)松“读懂(dong)”溶液的(de)酸碱“语言(yan)”，洞察(cha)物质(zhi)世界的微(wei)妙变(bian)化。

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图片来源：每经记者 陈抟 摄

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