酸碱指示剂的变色原理

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CO2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。
石蕊和酚酞都是酸碱指示剂，它们是一种弱的有机酸。在溶液里，随着溶液酸碱性的变化，指示剂的分子结构发生变化而显示出不同的颜色。
石蕊(主要成分用HL表示)在水溶液里能发生如下电离： HL红色 H+ L-蓝色
在酸性溶液里，红色的分子是存在的主要形式，溶液显红色；在碱性溶液里，上述电离平衡向右移动，蓝色的离子是存在的主要形式，溶液显蓝色；在中性溶液里，红色的分子和蓝色的酸根离子同时存在，所以溶液显紫色。
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。
酚酞的醌式或醌式酸盐，在碱性介质中是很不稳定的，它会慢慢地转化成无色的羧酸盐式因此做氢氧化钠溶液使酚酞显色实验时，要用氢氧化钠稀溶液，而不能用浓溶液。

一、指示剂的作用原理
1、酸碱指示剂：一般是某些有机弱酸或弱碱，或是有机酸碱两性物质，它们在酸碱滴定过程中也能参与质子转移反应，因分子结构的改变而引起自身颜色的变化，并且这种颜色伴随结构的转变是可逆的。例如酚酞，甲基橙。
2、分类：
单色指示剂：在酸式或碱式型体中仅有一种型体具有颜色的指示剂。如酚酞
双色指示剂：酸式或碱式型体均有颜色的指示剂。如甲基橙。
二、指示剂变色的pH范围：
1、变色原理：以HIn表示指示剂
HIn
=
H+
+
In-
酸式型体
碱式型体
Ka为指示剂的解离常数
⑴、溶液的颜色是由[In-]/[HIn]的比值来决定的，随溶液的[H]的变化而变化。
⑵、当[In-]/[HIn]≤1/10
PH≤PKa-1
酸式色
当10>[In-]/[HIn]>1/10
PH在PKa±1之间
颜色逐渐变化的混合色
当[In-]/[HIn]≥10
PH≥PKa+1
碱式色
2、变色范围：当溶液的PH由PKa-1变化到PKa+1（或相反）时，才可以观察到指示剂由酸式色经混合色变化到碱性色，这一颜色变化的pH范围，即pH===pKa±1称为指示剂的变色范围。
3、理论变色点：当指示剂的酸式型体与碱式型体的浓度相等，即[In-]/[HIn]==1时，溶液的pH
=
pKa
，称为指示剂的理论变色点。
三、影响指示剂变色范围的因素：
1、指示剂的用量：
双色指示剂：指示剂的变色范围不受其用量的影响。但指示剂的变色也要消耗一定的滴定剂，从而引入误差。
单色指示剂：单色指示剂的用量增加，其变色范围向PH减小的方向发生移动。
使用时其用量要合适。
2、温度：温度的变化会引起指示剂解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。
3、中性电解质：
4、溶剂：不同的溶剂具有不同的介电常数和酸碱性，因而一行指示剂的解离常数和变色范围。
四：混合指示剂：
1、
混合指示剂利用了颜色之间的互补作用，具有很窄的变色范围，且在滴定终点由敏锐的颜色变化。
2、
配制方法：
[1]
采用一种颜色不随溶液中H
浓度变化而变化的染料（称为惰性染料）和一种指示剂配制而成；
[2]
选择两种(或多种)PK
值比较接近的指示剂，按一定的比例混合使用。