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[话题] 只知道石蕊酚酞?大自然玩过的酸碱指示剂比你多多了

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yexuqing 发表于 2018-6-15 20:27:09 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
Comments>>孙 亚飞 发表于 2018-06-14 06:56
| Tags 标签:原创, 酸碱指示剂


本文来自微信公众号“果壳少年”,未经许可不得进行商业转载
在化学实验室里,有一类物质很容易吸引人的眼球,那就是会在不同条件下变色的酸碱指示剂。比方说石蕊分子在酸性或碱性状态下的结构不同,分别显现红色和蓝色,而在中性的时候,则呈现两种颜色的混合色彩,也就是紫色。

地衣。图片来源:wikipedia


石蕊试纸。图片来源:wikipedia


化学家是怎么制出这么神奇的物质的?
其实,人类只是发现了石蕊,而它的“发明权”要归给大自然。石蕊是一种存在于地衣类生物中的天然色素,近代化学之父波义耳发现了它的变色功能之后,便将其提取出来,请到了实验室里。

发现石蕊变色的英国化学家波义耳。图片来源:wikipedia


大自然玩过的酸碱指示剂可不只这一种。
葡萄、蓝莓、紫甘蓝,有着类似的颜色,这是因为它们都含有花青素,而花青素具有和石蕊类似的变色特性,在厨房就可以实操一下:炒紫甘蓝的时候,放一点点醋,菜是红色的;加一点碱面儿,结果就是蓝色;什么都不加的话,通常就是紫色了。

富含花青素的紫甘蓝。图片来源:Caroline Attwood/Unsplash


那为什么化学家选择了石蕊,而不是更常见的花青素呢?这是因为花青素除了变色的性质外,还有很好的还原性,容易被氧化。也正因如此,许多研究表明花青素可以延缓细胞衰老、抑制癌细胞生长。这些研究大多还停留在体外及动物实验,花青素对人体的作用还没有定论。不过,这些含有花青素的果蔬本身也是美味且富有营养的食物。
不只是植物,就连动物也能指示出酸碱,只不过并非变色那么简单。
在海面以下几千米的地方,暗无天日,这里的海鱼大都练就了一身寻找酸性海水的本领。酸,是海底火山喷发带来的副产物,含硫的灰烬会将周遭的海水染成强酸性。火山附近食物丰沛,找到并适应了酸性海水的动物们得到了丰厚的回报,能在食物紧缺的海底活下去。从某种程度上讲,它们也是“指示剂”。
到了浅海,以碳酸钙为主的珊瑚礁,成了另一种“酸碱指示剂”。当海水处于碱性或中性的时候,珊瑚礁可以稳定地存在,可要是遇到酸性环境,它们便会溶解乃至消失。受环境污染的影响,海水酸化正在成为一个全球性的问题,一些地区的珊瑚礁不仅不再生长,反而还在衰退,如果任由这样的生态灾难延续,或许我们就将见证一场海洋生物的大灭绝。
如果说珊瑚是海洋里的酸碱指示剂,提醒我们要保护环境,那么在陆地上,也不乏各种指示剂,让我们对大自然的鬼斧神工感到敬畏。例如,我国南方有大面积的红土地。有这样鲜明的红色指示,基本可以确定土壤是酸性的。

云南东川的红土地梯田。图片来源:hellorf


原来,土壤之所以呈现红色,是因为其中含有大量的铁元素。铁元素在自然界的风化之下,最终会以三价铁的形式稳定存在。三价铁也会和水发生化学反应,水解出一些氢离子,故而显酸性。在红土上种植作物时,可以施用石灰,降低土壤酸性。
自然界的酸碱指示剂,于时间的沧海桑田中见证了物种的进化、地质的演变,也给我们以无穷的科学启示。



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