為什麼紫色石蕊遇酸變紅，遇鹼變藍？而且遇到酸(鹼)就是紅(藍)的，不管pH值有多低(高)？

01-06

為什麼我覺得pH值越接近7他們的顏色越接近鹼啊，而實際情況卻是到7才變回紫色，不是pH值越低氫離子濃度越大嗎？難道跟有多少氫離子沒關係？！無色酚酞也是這個道理嗎？
我才剛初三，接觸化學還沒有一年呢，說的簡單點。。。
謝謝

石蕊本身是一種有機弱酸，它在溶液中發生微弱電離時是紫色的，而酸性物質可以抑制它的電離，所以遇酸顯紅色，而它的酸根顯藍色，鹼性物質和石蕊發生酸鹼中和反應後溶液中大量存在它的酸根，所以遇鹼顯藍色

而你所說的完全變成中性後才變成紫色，其實並不是直接（瞬間）變色的，在酸鹼中和反應中pH變化會出現一個臨界值，在那個值附近pH會發生突變，所以宏觀上顏色就發生了突變，酚酞也是這樣的

還有一點，石蕊的變色範圍（pH）為5.0-8.0，酸鹼性過強是檢驗不出來的

等你到高中學習到選修4（人教版）時老師也會講解一下的，這些問題你平時有疑惑的話也可以詢問一下你的老師

首先讓我們回顧一下肉眼如何看見「顏色」

（已經懂的可以跳過此部分，直接拉到下一節看石蕊變色原理）

人眼通過三種視錐細胞（cone）和一種視桿細胞（rod）來感知可見光波段中不同波長的光，然後產生信號由大腦處理成顏色。

在自然光下，可見光區段的各個波段都有分布，於是產生「白色的視覺」。而其他的顏色，則來自物體對於不同波段的光的反射或者吸收。比如一片樹葉，葉肉細胞的葉綠體中含有葉綠素A與葉綠素B兩種主要的光合色素，它們對可見光的吸收情況為：

顯然，紫光和紅光都被吸收得最多，藍光和黃光次之，而綠光基本不被吸收，幾乎全部被反射。因此，我們看樹葉的時候，感知到的是「綠色」。

石蕊的顏色從何而來？

石蕊，是一種天然色素的混合物。其中作為指示劑的成分是7-hydroxy-2-phenoxazone，結構式如下：

如圖可見，此分子含有多個雙鍵，他們的π軌道重疊成共軛體系。受到可見光照時，該共軛體系中的電子可以吸收特定波長的光子，從而從能量最高被占軌道（HOMO）躍遷到能量最低的未被占軌道（LUMO）。那麼，這個特定的波長與分子結構有什麼關係呢？

推導：
視共軛體系為一維箱型勢阱，令其長度為 $L$ ，那麼該體系的能級為
$E=frac{h^2n^2}{8mL^2}$ 。
設共軛體系內含有 $N$ 個電子，那麼
HOMO對應 $n_{HOMO}=frac{N}{2}$ ，
LUMO對應 $n_{LUMO}=frac{N}{2}+1$ 。
從HOMO能級躍遷到LUMO能級，需要吸收的能量為
$Delta E= frac{ h^2 (N+1) }{8m L^2}$ ，對應波長為 $lambda=frac{8mcL^2}{h(N+1)}$ 。
（由於此體系包含雜原子，情況複雜，在此止步於定性結論）

所以，共軛體系越長， $L$ 越大，所吸收的光的波長也就越大。

計算與實驗說明，7-hydroxy-2-phenoxazone的最大吸收波長在476~480 nm之間。其餘波長的光被反射之後，產生了下圖這種偏暗的紅色的視覺。

Bright red, or Hellrot（中文找不到對應的詞Orz）

石蕊為何在不同pH下變色？

7-hydroxy-2-phenoxazone（【I】）的結構中，有一個酚羥基（酸性），還有一個含孤對電子的氮（鹼性）。所以，它既可以結合一個質子形成【II】，又可以電離給出一個質子形成【III】。

【I】與【II】相比，共軛體系大體來說長度不變，但是氮上的質子對共軛體系中電子產生作用，小程度上降低了軌道內電子密度，使共軛體系略有延伸，吸收光的波長小幅度增大。實驗數據表明【II】的最大吸收波長為507~508 nm，而被反射的可見光被人眼感知，形成紅色視覺。
【III】可以在兩種共振式間共振，較大程度地延伸了共軛結構（如下圖）。這使得吸收光的波長大幅增大。實驗數據表明【III】的最大吸收波長為574 nm。被反射的可見光組成藍紫色視覺。

接下來對不同pH情況進行分類討論

在pH=7的中性溶液中，由於其酚羥基電離的pKa大約為6.5，一部分【I】發生電離形成【III】，【III】的藍色與【I】的紅色混合顯紫色。
當pH減小，抑制了酚羥基電離，部分【I】與質子結合形成【II】。由於【I】與【II】都顯紅色，混合亦顯紅色。
當pH增大，促進酚羥基電離，形成【III】。隨著pH升高，溶液顏色從紫色漸變為藍紫色。稀釋後該顏色看起來更接近藍色。

說得簡單一點嘛。。。我們假設有一個藍色物質叫（藍），這東西可以和氫離子，也就是酸反應

（藍）+氫離子=（氫藍） ①

這裡，這個新的生成物（氫藍）是個紅色的物質，相對應的，這東西可以和氫氧根，也就是鹼反應

（氫藍）+氫氧根=（藍）+水 ②

就回到之前藍色的物質。

可以想像，（藍）（氫藍）混合的時候，就是紫色。這裡，我們統稱這兩種物質叫石蕊，或者說，石蕊在不同pH下「分裂」成兩種物質，pH在大於8的時候，氫氧根濃度很高，所有的（氫藍）都反應掉了，石蕊完全轉化成（藍），溶液呈藍色。pH小於5的時候，氫離子濃度很高，所有的（藍）都反應掉了，石蕊完全轉化成（氫藍），溶液呈紅色。pH=5~8之間時，兩種顏色的物質共存，溶液呈紫色。這也順便解決你第二個問題，其實石蕊只有兩種顏色，變色不是瞬間發生的，整整經歷了pH=5~8這個區間。另外，由於作為指示劑時添加的量很小，因此①②兩個反應消耗的氫離子和氫氧根忽略不計，並且這個反應完成地很快，你可以認為pH到了顏色就變了，再一個，酸鹼反應時pH變化不是線性的，在恰好反應（這個就叫「等當點」）的前後pH變化極大（這個就叫「突躍區間」），比如你往酸里加鹼，加了20mL使pH從1變到4.3，然後再加一滴（約0.02mL）就讓pH從4.3變成7，再加一滴就從7變成9.7，再加20mL從9.7變成13，可見其「突躍」十分顯著。至於其它指示劑，原理跟以上相似，只是分裂出的兩個物質顏色不同，比如酚酞（pH=8-10）就是一個無色一個紅色，甲基橙就是一個紅色一個黃色

石蕊和酚酞是常用的酸鹼指示劑，它們都是弱的有機酸。在溶液里，隨著溶液酸鹼性的變化，指示劑的分子結構發生變化而顯示出不同的顏色。

石蕊能溶於水，變色pH範圍是5.0到8.0。石蕊（主要成分用HIn表示）在水溶液中發生如下電離：

HIn（紅色）?H++In-(藍色）

在酸性溶液里，主要存在顯紅色的HIn,溶液顯紅色；在鹼性溶液里，上述電離平衡向右移動，主要存在顯藍色的In-，溶液顯藍色；在中性溶液里，紅色的分子和藍色的離子同時存在，所以溶液顯紫色。

酚酞的變色pH範圍是8.2到10.0。在酸性溶液中，H+濃度較高時，它形成無色分子，隨著溶液中H+的濃度減小，OH-濃度的增大，酚酞結構發生改變，並進一步電離出紅色離子。其轉變過程為：無色（內脂式）中性或酸性溶液?紅色（醌式）弱鹼性溶液?紅色（醌式酸鹽）【初三黨一枚，不知道怎麼打圖，還請請題主見諒】

這個轉變過程是一個可逆過程,如果溶液中H+濃度增大,上述平衡向左移動，酚酞又變成了無色分子。因此，酚酞在酸性溶液里呈無色，當溶液中H+濃度減小，OH-濃度增大時呈紅色。

酚酞的醌式或醌式鹽酸在鹼性很強的介質中是很不穩定的，它會慢慢的轉化成無色的羧酸鹽式。

因此，做氫氧化鈉使溶液顯色實驗時，要用氫氧化鈉稀溶液，而不能用濃溶液。

【希望能對題主有幫助】

@千張的答案是本科階段的標準答案了。

不過，要以初三的化學知識來解釋，只能這麼解釋：

石蕊是雙性的，就是既可以呈現酸性，也可以呈現鹼性，就和水一樣。和酸反應，生成了紅色的新物質；和鹼反應，生成了藍色的新物質。

題主如果上了高中選擇了理科而且選修了有機化學的話，就可以看懂接下來的解釋了：

石蕊本質是一種花青素（anthocyanin），具有一個很大（包括大於等於7個雙鍵）的共軛系統，共軛系統越大，體系越穩定。就像苯，它穩定是因為形成了特殊的共軛系統：芳香環。那麼，雖然很難理解，請你先接受這麼句話：共軛系統越穩定，所需要的用來激發它的能量就低。是什麼來激發它呢，就是光。那麼光的能量是和波長成反比的。那麼，共軛體系越大，它越穩定，吸收的光能量小，它吸收的光的波長就大，那麼它反射到你眼睛裡面的顏色（即補色）的波長就越小，所以你看到的顏色就更偏向藍色。

整理一下，共軛體系越大，你看到的顏色越偏藍，反過來，共軛體系越小，你看到的顏色越偏紅。

前面說了，石蕊是雙性的，就像水和你做題的時候已經爛熟於心的氫氧化鋁一樣。

石蕊和酸反應，接受帶正電的氫離子，自身的共軛體系中的電子減少了，共軛體系變小，顏色變紅。反過來，石蕊和鹼反應，自身的氫離子被鹼拿走了，就多了一個負電荷，使得共軛體系中的電子增加了，共軛體系變大，顏色變藍。

聰明的你一定會問，那既然如此，為什麼中性的石蕊顏色不是介於紅色和藍色之間的橙黃綠青中的一個，而是紫色呢。

小小提一下，是因為石蕊這個東西在中性的時候是具有芳香性的，得失電子都會降低其穩定性，所以中性環境中，激發它所需要的能量最低，反射到你眼裡的光的波長最小，也就是紫色。

至於為什麼共軛體系越大越穩定，所需要的激發能越低，如果題主到了大學還在學化學的話，學完無機化學分子軌道理論HOMO-LUMO electronic transfer 和物理化學計算共軛體系HOMO-LUMO energy gap 之後，這個題對你來說就是送分題了。

附：正是因為類似的原因，也能解釋另一個你在高中生物課上會學到的知識：為什麼葉綠素a是「藍綠色」，葉綠素b是「黃綠色」？

葉綠素的結構如下圖，是由一個卟啉環和鎂離子組成的，而葉綠素a和b的區別在於，b的R是個醛基，是吸電子基團，降低了共軛系統中的「離域性」，HOMO-LUMO energy gap 增加，呈現的顏色偏黃，a的R是個甲基，是推電子基團，所以顏色偏藍。

也不是所有非中性物質都能使指示劑變色，苯酚和其衍生物就不行(雖然酸性)

「三點一，四點四，紅橙黃

五八石蕊紅紫藍

八十酚酞無淺紅」

高中畢業多年，彷彿還能看到化學老師弓腰伸頸眯著小眼指著黑板，還有他那一口皖北的土話。

你們猜猜「方養肥兒」是什麼東西。

我想題主的關注點是偏離7一點點都會變成紅/藍色而不是和紫色特別接近的顏色吧看起來不是很「漸變」

因為這種酸鹼環境突變是極快的，你可以去查一查滴定曲線，在變化的時候會有滴定突躍

這個突躍範圍有多小呢，一般是滴定終點的±0.1%

具體的原理和突躍範圍電解平衡及其常數有關係，你以後會學到，離子的數量級都是很大的

現在你就可以理解為酸鹼指示劑的平衡就是一種極其微妙的、容易破壞的平衡，一旦pH值發生了變化，就會產生很大的肉眼可見的變化

就好比一個十分精細天平兩邊的質量相等的時候是平衡的，你只要在一端加上很小的重量，就會造成失衡，指示劑也是這種極為精密的指示作用

如果你能精細到7.0001和6.9999（當然精細到這個程度你會發現石蕊的平衡點其實並不是7）變化看起來就會平緩許多