指示劑

酸鹼指示劑(Acid-Base Indicator)的發展歷史(二)

酸鹼指示劑(Acid-Base Indicator)的發展歷史(二)
國立臺灣大學化學系林雅凡博士/國立臺灣大學化學系李俊毅責任編輯

在波以耳發展「酸鹼指示劑」的工作之後(請參閱酸鹼指示劑(Acid-Base Indicator)的發展歷史(一)),隨著人們對「酸鹼指示劑」的認識更為廣泛,將之應用於學術、工業或生活的企圖心也越大。在以下的為文中,將回顧「酸鹼指示劑」作為滴定終點判定試劑及人工合成「酸鹼指示劑」的歷史。

作為酸鹼滴定的終點試劑(Endpoint Indicators)
早在波以耳發表酸鹼指示劑相關研究之前的幾年,就有文獻記載「酸鹼滴定的技術」。西元1658年,約翰•魯道夫•格勞勃爾(Johann. Rudolph. Glauber)曾這樣記載他進行過的實驗:「將碳酸鉀溶液(K2CO3, 原文以”liquore nitri fixi”描述)一滴一滴慢慢滴入硝酸溶液中,直到反應不再起泡為止。此時不論是硝酸或是碳酸鉀,都因彼此的消磨而不再存在。」格勞勃爾同時也是第一個提出鹽的組成「一部分由酸提供、另一部分由鹼提供」的科學家。1729年,吉歐佛里(C. L. Geoffroy)根據格勞勃爾的實驗,以碳酸鉀滴定不同濃度的醋酸,並由碳酸鉀所消耗的多寡,計算出醋酸的濃度,這也是利用酸鹼滴定法精確分析物質的第一篇記載。然而以上這兩筆記錄,皆以「直到反應不再冒泡」的現象,作為實驗結束的依據,那麼如果中和反應中所用的鹼並非碳酸鹽類,是不是就無法以「停止冒泡」作為反應終點?

酸鹼指示劑(Acid-Base Indicator)的發展歷史(一)

酸鹼指示劑(Acid-Base Indicator)的發展歷史(一)
國立臺灣大學化學系林雅凡博士/國立臺灣大學化學系李俊毅責任編輯

「指示劑」或「試紙」對現今的生活來說,是非常重要的,許多生理與生物上的檢測,都需要依賴「指示劑」或「試紙」來知道、分析結果。舉例來說,若要知道一杯溶液之酸鹼性,最簡便的方式便是使用「指示劑」或「酸鹼試紙」;除了酸鹼指示劑,血型的檢驗,也同樣透過加入適當的試劑,看其反應,來驗明結果。此外還有「葡萄糖試紙」,用以明白待檢液體中葡萄糖的含量、「驗孕試紙」等等。

然而人們如何開始知道使用「指示劑」呢?在以下的篇幅,我們要特別針對「酸鹼指示劑」,回溯其發展的過程,看看人們如何從大自然中學功課,進而累積成文明的智慧。

酸鹼度計

酸鹼度計(pH Meter)
高雄市立新莊高級中學化學科歐惠郡老師/國立中山大學化學系張祖辛副教授責任編輯

精確的氫離子濃度或所謂的pH值,必須用酸鹼度計,即pH儀(pH meter)進行測量。pH儀的基本設備共分三個部份:參考電極(reference electrode)、薄膜指示電極(membrane indicator electrode)又名離子選擇電極及內電阻甚高的電位測定裝置(potential measuring device)。

因為無法測量絕對電位,而只能測量兩電位間的〝差〞值,所以需要用已知固定電位的半反應當作參考電極,來測量其它反應的相對電位值。標準氫電極是利用氫的還原半反應作電位的標準,但是它使用時必須維持一大氣壓的氫氣壓力、1 M的氫離子濃度,而且氫氣又有易燃的危險性,使用與攜帶都不太便利,故多半改用甘汞電極(calomel electrode)或銀-氯化銀電極(silver /silver chloride electrode)代替。   

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