指示劑是什麼東西
說指示劑是東西,未免太小看了它,但不這樣又怎麼說呢?最早的指示劑,用的是從花朵或果實中擠出的有色液體,後來又增加了人工合成的新品種,這些隻用於區別酸和堿,它們幾乎都是有機化合物,沒有固定統一的組成和結構,在酸堿性溶液中,各變各的顏色。在化學上除用作指示劑外,很難從組成、結構和性質上把它們單獨的歸為哪一類。
首先發現和使用某些動植物的天然色素來檢定物質(當初隻限酸堿性)的人是英國的化學家波義爾(1627—1691),他試驗了胭脂紅、紫羅蘭、石蕊、薑黃等等在某些溶液中能反複變色的現象,並由此對酸、堿(實際是溶液的酸、堿性)下了比較確切的定義,指出:“酸類能使一些植物浸液的顏色改變為紅色,還能使事先已被堿改變了顏色的浸液,恢複其原來的顏色”。從此,化學上就有植物浸液的酸、堿指示劑。可以說石蕊是被起用得年代最遠古,使用時間也是最長久的一種酸、堿指示劑。它是一類生長在高寒地帶屬地衣門的植物,有很多種,能做指示劑的,隻是其中的一種,直到現在,人們還沒有弄清它的分子結構,因此一直隻能用采集的天然植物來供應。
十九世紀五十年代後,由於有機化學的合成方法,得到迅速的發展,特別是合成染料工業興起,製造出了多種的染料類可作指示劑的變色物質,到1893年,已發展到有14種之多,酚酞合成於1877年,甲基橙合成於1878年,直到二十世紀初,還在發展和采用更新的品種。隨著物理化學的理論(主要是電離平衡理論)獲得新的發展和pH值概念的提出,有人對一百多種酸堿指示劑進行了研究,它的變色機理也有了基本的解釋。目前,已知的酸、堿指示劑已有二百多種,它們都用於配製各種pH值試劑,能夠單獨使用的品種隻占少數。
酸、堿指示劑是在不同氫離子濃度下會按不同比例改變結構,從而出現不同顏色的物質。
化學上還有多種其它指示劑,下麵簡略介紹。
氧化還原指示劑,這是一類在氧化—還原的溶液反應的過程中,由於氧化態或還原態會表現不同顏色的物質。它們跟酸堿指示劑用與酸堿中和滴定一樣,而能用於氧化還原反應的滴定。有些氧化劑或還原劑本身就有顏色,並能隨著它們完全被還原或是被氧化而改變,這時,它們自身又起到了指示劑作用。如有氧化性的高錳酸鉀,它溶液是紫色,當用已知濃度的高錳酸鉀,去滴定一種未知濃度的還原性溶液(如亞硫酸鈉),滴到最後一滴紫色不退去時,就能測出還原性溶液的濃度了。氧化還原指示劑的品種,正在迅速增多,以應付多種氧化還原反應的需要。
金屬指示劑,這是本世紀四十年代發展起來的所謂EDTA滴定法的專用指示劑。EDTA是有機化合物氨三乙酸和乙二胺四乙酸的簡稱,它們最早用於軟化硬水和皮革的脫鈣。1945年,經瑞士化家施瓦岑巴赫等人研究後,被推薦用於測定水中鈣鎂離子的濃度,即水的硬度。後來,又在這一基礎上迅速發展,有了多種的金屬指示劑,現在已能對五、六十種元素采用EDTA滴定法直接或間接測定其是否存在和含量的多少,而且操作簡單、快速準確,廣泛的在黑色金屬、有色金屬、硬質合金、耐火材料、化工材料、電鍍液及礦石和水質分析上得到應用。但由於反應原理比較複雜,這裏不再進一步敘述。
指示劑到底是什麼呢?它的種類繁多,品質不一,使用的場合各異,很難從指示劑的具體物質本身,統一的來說它是什麼,但從它們的作用來講,它們是化學家和搞化學分析的工程技術人員不可少的有力工具。而石蕊、酚酞隻是數不清的指示劑品種中,兩種常用的酸、堿指示劑。