林莉

酸和堿是我們生活中常見(jiàn)的兩類物質(zhì)。說(shuō)起酸，我們馬上會(huì)想到醋，還有各類吃起來(lái)酸酸的水果。說(shuō)起堿，我們也能想到廚房里常見(jiàn)的小蘇打（NaHCO3）、吃起來(lái)澀口的食物，還有洗衣粉、洗潔精等清潔用品。其實(shí)，古人早已知道了酸和堿，比如醋酸，還有果汁中含有的酸。其實(shí)各種果汁所含酸和醋酸種類是不一樣的。硝、明礬、綠礬、鍋灰等物質(zhì)也是古代人們都知道的。但關(guān)于酸和堿的系統(tǒng)研究則是始于17世紀(jì)中葉“酸堿指示劑”的發(fā)現(xiàn)。

“酸堿指示劑”被發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，是因?yàn)樯钪械囊粋€(gè)小插曲，引發(fā)科學(xué)家的好奇心，進(jìn)而發(fā)展成研究的素材，而其成果卻給人類帶來(lái)了曠世影響。這位處處留心生活中特殊細(xì)節(jié)的科學(xué)家，就是大名鼎鼎的英國(guó)物理化學(xué)家──羅伯特·波義爾（Robert Boyle， 1627—1691）。他發(fā)現(xiàn)了酸堿指示劑，對(duì)酸、堿進(jìn)行了識(shí)別和分類，使人們對(duì)酸和堿有了統(tǒng)一的概念。

17世紀(jì)中葉，波義爾出生在一個(gè)英國(guó)貴族家庭，家境優(yōu)越為他提供了良好的教育條件。波義爾是家中最小的孩子，在他3歲時(shí)，母親不幸去世。也許是缺乏母親照料的緣故，他從小體弱多病。童年時(shí)期的波義爾并不聰明，他寡言，甚至有點(diǎn)口吃，但是14個(gè)兄弟姐妹中，他卻是最好學(xué)的那一個(gè)，常常書不離手。在波義爾17歲那年，他的父親在一次戰(zhàn)役中死去，家庭的經(jīng)濟(jì)來(lái)源中斷。在歐洲游歷的他被迫回到了戰(zhàn)亂的英國(guó)，這也使得波義爾有幸結(jié)識(shí)了著名的科學(xué)教育家哈特·利泊。

波義爾有一次患病，由于醫(yī)生開錯(cuò)了藥而差點(diǎn)喪生，經(jīng)過(guò)這次遭遇，他怕醫(yī)生甚過(guò)于怕病，并且開始自學(xué)醫(yī)術(shù)為自己治病。在利泊的鼓勵(lì)下，波義爾決心研究醫(yī)學(xué)。當(dāng)時(shí)的醫(yī)生都是自己配制藥物，所以研究醫(yī)學(xué)也必須研制藥物和做實(shí)驗(yàn)，這就使波義爾對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生了濃厚的興趣。就這樣，波義爾整日沉浸在自己的實(shí)驗(yàn)研究之中。獻(xiàn)身于科學(xué)的他曾經(jīng)研究過(guò)天體物理學(xué)、氣象學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、化學(xué)工藝、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論以及哲學(xué)、神學(xué)等，其中最突出的當(dāng)數(shù)化學(xué)，也為世人留下了諸多不可磨滅的化學(xué)成就。

1660年的一個(gè)清晨，波義爾一如往日準(zhǔn)備開展研究工作，在去往實(shí)驗(yàn)室的途中路過(guò)一片苗圃，愛(ài)花的他驚奇地發(fā)現(xiàn)，園丁們把苗圃中的紫羅蘭花培育得非常鮮艷，于是他把一籃子紫羅蘭置于實(shí)驗(yàn)室的桌上。在開展實(shí)驗(yàn)研究時(shí)，波義爾不小心將鹽酸灑出，污染了實(shí)驗(yàn)臺(tái)上剛剛摘下的新鮮紫羅蘭。波義爾立刻用清水清洗被鹽酸飛濺的花瓣。沒(méi)想到眨眼之間，紫羅蘭的紫色花瓣竟然蛻變出了紅色。這一奇怪的現(xiàn)象讓波義爾喜出望外，索性將所有的紫羅蘭都用作了實(shí)驗(yàn)材料。他發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室中各式各樣的酸，都會(huì)使紫羅蘭的花瓣變?yōu)榧t色，這是一個(gè)非常令人驚喜的結(jié)論，因?yàn)樵谌蘸蟮膶?shí)驗(yàn)中，利用紫羅蘭的花瓣就能即刻分辨出某種物質(zhì)或溶液的酸堿性了。

除了紫羅蘭，波義爾還采集了多種植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。比如：矢車菊（cornflowers）、玫瑰（roses）、雪花蓮（snowdrops）、巴西蘇木（brazilwood）、報(bào)春花（primroses）、胭脂紅（cochineal）及石蕊地衣（litmus lichen）的花瓣、樹皮或根，用酒精與清水浸泡后形成了不同溶液，然后讓其對(duì)酸堿物質(zhì)做檢測(cè)，竟然發(fā)現(xiàn)這些浸液有些遇酸會(huì)變色、有些遇堿會(huì)變色。他發(fā)現(xiàn)大部分的植物在酸和堿的作用下都能改變顏色。其中以石蕊地衣中提取的紫色浸液最為明顯，它遇酸變?yōu)榧t色、遇堿則變?yōu)樗{(lán)色。

這樣一來(lái)，不就可以用這些植物的浸液來(lái)辨認(rèn)什么是酸，什么是堿了嗎？波義爾將這樣能測(cè)出酸堿的浸液稱之為“酸堿指示劑”。利用這個(gè)特點(diǎn)，聰明的波義爾想到了用石蕊濾液把紙浸透后烤干，用于檢測(cè)溶液的酸堿性，這也成為實(shí)驗(yàn)室里沿用至今，也是現(xiàn)在最常見(jiàn)的酸堿試紙——石蕊試紙。

這其中的原因是什么呢？原來(lái)花朵中含有能顯色的花青素，花青素是一種水溶性植物色素，是天然的酸堿指示劑，遇到酸性或是堿性物質(zhì)，花青素就會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色。我們可以利用生活中常見(jiàn)的黑枸杞、紫甘藍(lán)、蝶豆花等天然指示劑，驗(yàn)證一下檸檬汁的酸性和小蘇打的堿性。一起來(lái)嘗試一下吧！

下面讓我們來(lái)做小實(shí)驗(yàn)吧

[器材]

紫甘藍(lán)、鮮檸檬、白醋、小蘇打、洗潔精、汽水、NaOH、一次性透明杯、滴管、攪拌棒等。

1[實(shí)驗(yàn)“調(diào)皮的顏色”]

準(zhǔn)備好白醋和配制好的NaOH溶液。將白醋滴加到小蘇打和洗潔精溶液中；再將NaOH溶液滴加到鮮檸檬汁、白醋和汽水中，觀察酸堿中和反應(yīng)之后溶液的顏色轉(zhuǎn)變。

2[實(shí)驗(yàn)“多彩甘藍(lán)”]

把紫甘藍(lán)撕成小塊放入玻璃杯中，倒入開水靜置10min左右直至杯中水呈紫色即可。將鮮檸檬汁、白醋、小蘇打、洗潔精、雪碧分別倒入一次性透明杯中，小蘇打和洗潔精用適量清水溶解備用。用滴管將玻璃杯中的紫甘藍(lán)浸出液滴入不同待檢材料中，就能觀察到顏色變化啦！