
实际上,酚酞试剂不仅在强碱中会变成无色,在强酸性溶液中还会变成橘红色。我们在高中化学中学过,酚酞在酸性溶液中呈无色,而在碱性溶液中呈红色。那么,为何我们却能得到相反的实验结果呢?
首先我们可以来说说颜色是怎么产生的。根据Kurt Nassau教授著名的文章和著作,颜色一共有15种成因,比如黑体辐射、电荷跃迁、散射、干涉、色心等等。其中就有一种是涉及到有机分子的颜色的,可以用薛定谔方程来进行解释。
根据薛定谔方程在一维无限深势箱中的应用,我们可以得到结论:当共轭体系变大时,波长红移至可见光区域。这也是为何一般比较大的共轭体系容易有颜色。
让我们再回到酚酞的情形中。对于弱碱性条件下酚酞的分子式,我们可以看到中间的这个碳原子是sp2杂化的,所以苯环与醌环是共轭的,整体是一个比较大的共轭体系,也就具有颜色了。而在酸性条件下,这个碳就是sp3杂化了,三个苯环皆没有形成大的共轭体系,所以吸收在紫外区域也就没有颜色了。
而在强酸性条件下,酚酞分子会形成碳正离子,此时中间的碳原子再度成为sp2杂化,所以也形成了大的共轭体系,这也是为何在极强的酸性条件下酚酞依然是呈红色的。
而在强碱性条件下,氢氧离子对醌环进行亲核进攻,中间的碳原子再度变成sp3杂化,苯环之间不再共轭,所以就是无色的了。
由此可见,高中化学中所讲授的酚酞颜色变化,只是在酸性和碱性都不算太强的条件下的。的确在酸性条件下酚酞是无色的,而在不太强碱性条件下酚酞是红色的;但是在强酸性和强碱性条件下,就已经超出了高中化学的范畴了。而这背后的本质原因却涉及到了量子力学和有机化学反应原理。
