關鍵概念
化學
酸
鹼
光
引言
你可能在學校裡做過使用明確標記的酸和鹼的實驗，但你有沒有想過，家中某種食物或化學物質是酸還是鹼？你可以使用紅捲心菜製作指示劑溶液來找出答案。
當兩種或多種成分完全溶解在一起時，你就得到了溶液。例如，將鹽與水混合會形成清澈的溶液，即使鹽還在其中，而且溶液嚐起來是鹹的。當與水混合時，化學物質是否向溶液“捐贈”帶電粒子（稱為離子）——在本例中為氫離子——或從溶液中“接受”氫離子，決定了它是酸性溶液還是鹼性溶液。指示劑在暴露於這種混合物時會改變顏色，具體取決於溶液是酸性還是鹼性。
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背景
酸是失去氫離子的溶液，通常嚐起來是酸的。一些非常常見的家庭溶液是酸，例如柑橘果汁和家用醋。鹼是將氫離子從溶液中拉出並吸附到自身上的溶液，是“接受”氫離子的，通常感覺滑膩。鹼有許多實際用途。例如，像TUMS這樣的“抗酸劑”用於降低胃中的酸度。其他鹼可以製成有用的家用清潔產品。
要判斷某物是酸還是鹼，可以使用稱為指示劑的化學物質。指示劑在遇到酸或鹼時會改變顏色。指示劑有很多不同的型別，有些是液體，有些則濃縮在小條“石蕊”試紙上。可以從許多不同的來源提取指示劑，包括許多植物的色素。例如，紅捲心菜含有一種稱為花色素的指示劑色素分子，花色素是一種稱為花青素的分子。非常酸性的溶液會使花青素變紅，而中性溶液會使其變為紫色，鹼性溶液會使其變為綠黃色。因此，花青素溶液變成的顏色可用於確定溶液的pH值——衡量溶液的鹼性或酸性的指標。
材料
• 一個小的紅捲心菜
• 一鍋沸水
• 濾網
• 兩個大碗或鍋
• 刨絲器
• 量匙（湯匙）
• 大勺子（可選）
• 三個或更多個小的白色紙杯（小的白色紙質飲水杯或碟子也可以）
• 護目鏡或其他防護眼鏡
• 檸檬或酸橙汁
• 醋
• 含漂白劑的清潔產品
• 其他要測試的食物，例如清澈的蘇打水、小蘇打溶液、蛋清、西紅柿、白軟乾酪（可選）
準備
• 將一個小的紅捲心菜刨成絲。如果你不想把整個捲心菜都刨絲，刨半個捲心菜就足夠了。將精細的、糊狀的刨絲捲心菜放入一個大碗或鍋中。
• 燒開一鍋水。處理沸水時請小心。將沸水倒入裝有捲心菜泥的碗中，直到水剛好沒過捲心菜。
• 讓捲心菜混合物浸泡，偶爾攪拌，直到液體達到室溫。這應該至少需要半個小時。液體顏色會變成紅色或紫紅色。
• 將濾網放在另一個大碗或鍋上，然後將捲心菜混合物透過濾網倒入，以去除捲心菜泥。向下壓濾網中的泥，例如使用大勺子，以從泥中擠出更多液體。
• 在碗中，你現在應該只有液體，顏色為紫色或藍色。這將是你的指示劑溶液，你將用它來測試不同液體的pH值。
• 兒童應佩戴護目鏡或其他防護眼鏡，成人應在處理漂白劑和醋時進行監督並小心，因為它們會刺激眼睛和皮膚。
步驟
• 在小的白色紙杯、飲水杯或白色碟子中倒入一湯匙捲心菜指示劑溶液。你的指示劑溶液是什麼顏色？
• 向指示劑溶液中滴入檸檬或酸橙汁，直到看到溶液的顏色發生變化。輕輕搖晃溶液，並確保顏色保持不變。溶液變成了什麼顏色？
• 溶液的顏色會根據其pH值而變化：紅色表示pH值為2；紫色表示pH值為4；紫羅蘭色表示pH值為6；藍色表示pH值為8；藍綠色表示pH值為10；綠黃色表示pH值為12。
• 根據其顏色，檸檬或酸橙汁溶液的pH值是多少？
• 在另一個小的白色紙杯中，倒入一湯匙你的原始捲心菜指示劑溶液。滴入醋，直到看到溶液顏色發生變化。醋溶液變成了什麼顏色？溶液的pH值是多少？
• 在第三個小的白色紙杯中，倒入一湯匙你的原始捲心菜指示劑溶液。小心地處理它，滴入漂白劑清潔產品，直到看到溶液顏色發生變化。漂白劑溶液變成了什麼顏色，這表明它的pH值是多少？
• 如果你想測試其他食物的pH值，再次在小的白色紙杯中倒入一湯匙你的原始捲心菜指示劑溶液，並滴入食物，直到看到溶液顏色發生變化。如果食物不是液體形式，請在將其新增到指示劑溶液之前將其壓碎或溶解在少量水中。溶液變成了什麼顏色，這表明它的pH值是多少？
• 額外：還有其他蔬菜和水果也可以用來製作pH指示劑：紅洋蔥、蘋果皮、藍莓、葡萄皮和李子。哪些不同的色素來源會產生最好的指示劑？
• 額外：你可以使用指示劑溶液來編寫秘密資訊。只需使用純檸檬汁在紙上寫下不可見的資訊，然後讓資訊乾燥。要顯示資訊，請用畫筆在紙上塗上捲心菜指示劑。
觀察結果
當你新增酸橙或檸檬汁、醋和漂白劑時，指示劑溶液的顏色是否發生了變化？溶液顏色是否表明酸橙或檸檬汁和醋是酸性的（pH值較低），而漂白劑是鹼性的（pH值較高）？
pH值在5到7之間的溶液是中性的，8或更高是鹼性的，4或更低是酸性的。酸橙汁、檸檬汁和醋是酸，所以它們應該使指示劑溶液變成紅色或紫色。漂白劑是一種強鹼，因此它應該使指示劑溶液變成綠黃色。
溶液的鹼性或酸性程度取決於其中氫離子的含量。鹼性溶液接受氫離子（或以氫氧根離子的形式提供電子對），而酸性溶液則提供氫離子（或接受電子對）。像花青素這樣的指示劑會對溶液中氫離子的含量做出反應。花青素和其他生物色素吸收某些波長的光並反射其他波長的光，我們看到的反射光使它們呈現出某種顏色。根據溶液中氫離子的含量，指示劑色素會發生化學反應，從而改變其化學結構，使其反射不同波長的光，從而改變顏色。
清理
在將漂白劑溶液倒入下水道之前，用水稀釋。 （記住在執行此操作時戴上護目鏡。）
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