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科学总动员之家庭实验:测量酸碱性

测量酸碱性

我们如何分辨东西是酸性还是碱性呢?

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关键概念

  • 酸性
    酸性
  • 碱性
    碱性
  • pH指示剂
    pH指示剂

  • 介绍

    当我们研究酸性的时候,很多人会马上想到柠檬和酸橙。柑橘类水果的酸含量相较牛奶等其他内容较高。胃酸是一个更强的例子——它是一种强酸来帮助我们消化食物。如果你胃里的pH值不那么酸,你消化固体食物就会很困难。你是否知道自来水、湖泊甚至海洋里的水都可能含有不同程度的酸。科学家们通过材料,根据物质的化学性质改变颜色从而发现了测量酸度或pH酸碱平衡的方法。酸可以自然存在(比如柑橘),也可以通过化学工程产生。

  • 背景

    pH值是一个从1到14的数字。0到7表示酸,0是最强的酸。酸中氢离子很多。8到14表示一个碱基,其中14是最强的碱基。氢氧根离子在碱中数量众多。虽然酸在极端水平上肯定是危险的,但碱在高水平上也可能是危险的。人体需要一个中性的(中间)pH值,并通过肾脏、肺和血液等过程控制酸和碱的数量,以使其正常工作。如果pH值介于两个极端之间代表什么意思? 需要昂贵的设备来检测酸吗? 我们如何知道一种未知物质是否是酸性的? 在今天的实验中,你将扮演化学工程师的角色,分辨酸性和碱性材料。

  • 准备工作

    1. 要制作指示剂,从紫甘蓝中取出一两片叶子,放入搅拌器中。
    2. 每片叶子加1杯水。一定要把盖子放在搅拌机上!
    3. 将紫甘蓝放入水中搅拌约30秒。
    4. 通过过滤器将液体倒入足够大的容器中。
    5. 堆肥或扔掉卷心菜碎片。
  • 步骤

    1. 现在你有了指示剂液体,你可以用它来测试酸性或碱性。收集一些东西来测试。柠檬、酸橙、橘子和猕猴桃都是很好的水果。 你还应该收集一些物品,如肥皂、醋、小苏打、糖和盐。
    2. 做一个预测:你收集的哪些是酸性的,哪些是碱性的?哪些东西可能是中性的?试着根据你的预测把东西分类。
    3. 倒一点指示剂到一个更小的容器里——像制冰盒这样的可以让你把很多测试放在一起比较,或者几个小杯子也可以。
    4. 如果你在测试一种粉末,比如小苏打、糖或盐,在容器的指示剂中搅拌一点。如果你在测试一种液体,在指示剂上加几滴并搅拌它。
    5. 观察指示剂的变化情况。试着测试很多不同的物质,看看会发生什么。
       
  • 观察与结果

    你会看到指示剂颜色的变化取决于添加了什么物质。如果一种物质是酸性的,它会使指示剂变成粉红色或红色。如果一种物质是碱性的,指示剂会变成较浅的蓝色或绿色。紫甘蓝菜汁是一种很好的指示剂,因为它含有一种叫做花青素的色素,这种色素溶于水,在酸和碱的作用下看起来不一样。如果酸或碱强,更多的酸或碱会与花青素相互作用,颜色会发生更剧烈的变化。如果酸或碱较弱(接近中性),那么色素的变化就较小。

  • 清理

    做完后别忘了清理。任何建议测试的物质都可以被冲进下水道或扔掉。所有剩余的指示剂都可以倒进下水道。 清洗你使用过的容器,以及搅拌器和过滤器。把你检测过的剩余物质放回原处。

  • 探索更多

    研究pH值指示剂的一个有趣的事情是,液体可以因为混合的气体而变得更酸或更碱。把气体混合入液体的一种方法是把它密封在一个瓶子里,然后摇晃它。但这并不是唯一的方法,事实上,吹泡泡也能很好地发挥作用。如果你往水中吹泡泡并用紫甘蓝指示剂检测,泡泡会变色吗? 不管是或否,这能说明你呼出的气体是否有影响。它们让水的酸性更强还是碱性更强?还是没有影响? 如果有变化,想想看你是否知道我们呼出的气体是什么,看看你能不能得出任何关于它们对液体的影响的结论。当然,你可以做一些研究,看看你的结论是否与其他科学家的发现相符。

    另一件要知道的事情是,紫甘蓝并不是唯一含有花青素的植物。 事实上,花青素在很多植物中都很常见,甚至在很多不同的食物中也很常见。紫色或淡紫色的水果和种子都是不错的选择,比如各种浆果、葡萄、紫玉米或黑豆。一些红色和蓝色的食物也有它们,如覆盆子、樱桃和蓝玉米。另一个可以观察的地方是树叶在秋天变成红色或略带紫色,因为这些颜色是花青素的标志。同样,这些颜色的花也是一个看的好地方。这些植物中的一些可能不能像紫甘蓝那样有效地产生pH值指示剂,但你可以用在这里相同的过程来尝试它们。

  • 安全第一与成年人监督

    • 请小心按照实验说明进行操作。
    • 每个实验应有负责监护的成年人协助。
    • 尽管在家里进行科学实验是令人兴奋的学习和实践科学的方法,但必须注意,有些实验可能要求参与者采取额外的安全措施,以及/或者会把地方弄得脏乱。
    • 成年人应负责或协助处理可能有危险的材料或尖锐物品。
    • 在进行实验前,成年人应检视实验内容,并决定学童的年龄是否适合参与该些活动。