化學老師沒講過的故事

生物學里的石蕊

在生物學中，物種以域、界、門、綱、目、科、屬、種這幾個層級來分類。石蕊是地衣大家庭中的一員，指的是石蕊科地衣。

有的石蕊科地衣呈直立叢生分枝狀，頂端有一個個形似果實的子囊盤，比如頂端為紅色子囊盤的紅頭石蕊和頂端為黑色子囊盤的大柱衣。這兩種石蕊科地衣因形似立在地上的一根根火柴而被形象地稱為“魔鬼的火柴”。有些石蕊形似一叢叢迷你灌木，比如鹿石蕊，也叫作馴鹿地衣。還有一種石蕊的形狀頗為奇特，比如喇叭石蕊，整體呈圓柱狀，頂端卻為喇叭狀。

這些石蕊科地衣不僅外形奇特可愛，在化學領域也發(fā)揮著重要作用。從石蕊科地衣中提取到的名為“石蕊”的化學物質(zhì)，有遇到酸會變紅、遇到堿會變藍的特性，可以用于制作酸堿指示劑，被應用于化學領域。

化學里的石蕊

在化學領域中，石蕊是一種化學物質(zhì)，是從地衣中提取的不同染料的水溶性混合物，英文名稱為“l(fā)itmus”。這個單詞源自古挪威語“l(fā)itmose”，“l(fā)it”是染料，“mose”是苔蘚，結(jié)合起來的字面意思就是“用于染色的苔蘚”。由此來看，古挪威人大概把石蕊地衣誤認為是一種苔蘚了。

石蕊中的化學物質(zhì)7-羥基吩嗪酮，化學式為C12H7NO3，是石蕊試紙能夠檢測酸堿的關鍵。當C12H7NO3遇到酸性溶液時，溶液中的氫離子（H+）會鍵結(jié)到環(huán)狀結(jié)構(gòu)的氮（N）上面，造成結(jié)構(gòu)改變；而當C12H7NO3遇到堿性溶液時，羥基上的氫離子（H+）則會被溶液中的氫氧根（OH–）搶走，造成結(jié)構(gòu)改變。而不同結(jié)構(gòu)的化學物質(zhì)會吸收、反射不同波長的光，因此看起來顏色就會不同。

酸堿溶液改變了石蕊試紙中C12H7NO3的結(jié)構(gòu)，使其吸收、反射的光的波長發(fā)生改變，進而呈現(xiàn)出不同的顏色。這就是石蕊試紙變色的原理。但要注意的是，石蕊試紙只能粗略檢測酸堿性，有紅色、藍色、紫色三種。以石蕊試紙為雛形改進的pH試紙，能夠進一步給出酸堿的大概數(shù)值。pH試紙本身多為淺黃色，試紙上有甲基紅、溴甲酚綠、百里酚藍這三種指示劑，顏色變化的范圍更加廣泛。

浪漫的意外

大約在1300年，西班牙醫(yī)師阿納爾德斯·德·維拉·諾瓦最早使用石蕊來研究酸和堿。

在17世紀的某年夏天，英國著名化學家波義耳的實驗室里放著幾朵因思念已故女友而隨身攜帶的紫羅蘭，不料意外發(fā)生了。因操作不當，一滴濃鹽酸濺到了紫羅蘭上，但是波義耳發(fā)現(xiàn)，這朵花奇跡般地由紫色變成了紅色。這個奇怪的現(xiàn)象激發(fā)了他的探索欲，于是他開展了一系列花草與酸堿相互作用的實驗。

通過實驗波義耳發(fā)現(xiàn)，大部分的花草遇到酸堿都會變色，其中從某種石蕊地衣中提取的紫色溶液變色最為明顯，且遇酸變紅，遇堿變藍。波義耳利用這一特性，用石蕊提取液浸濕紙張，將之烘干之后制成了石蕊試紙。

有多種石蕊科地衣都能夠提取石蕊試劑，比如鱗片石蕊、喇叭石蕊等。雖然試紙名為石蕊試紙，但其實從其他地衣中也可以提取到測試酸堿的試劑。

石蕊的隱喻

在英文語境中，石蕊測試“l(fā)itmustest”還有另一層含義—試金石。這種用法也是基于化學領域石蕊測試的隱喻。

在化學領域，可利用石蕊測試溶液的酸堿性；在其他一些領域，需要測試的是候選人能否勝任某一重要職位。試金石可以是一個向重要職位的候選人提出的問題，候選人對該問題的回答，決定著他能否被任命或提名。

有設計師以這種雙重含義為靈感制作了Litmus，將可持續(xù)發(fā)展相關的問題當作“試金石”，對超過350名設計師進行了采訪，以此來了解設計師如何看待設計中的可持續(xù)性。

根據(jù)結(jié)果統(tǒng)計，約87%的設計師認為可持續(xù)設計正在流行，但只有59%的設計師認為自己了解該領域。相關人員將一系列統(tǒng)計結(jié)果制作成柱狀圖，參考石蕊試紙的美學形式將之印刷成冊。

在家也可以制作酸堿指示劑

石蕊地衣原料難以采集，石蕊試紙的制作方法也十分復雜。若想制作自己的酸堿指示劑，則可以用花青素來替代。花青素可溶于水，遇到酸性物質(zhì)會變?yōu)榧t色，遇到堿性溶液則會變成黃綠色。

紫甘藍富含花青素，是較為容易獲得的原材料。用紫甘藍汁給一塊布料染色并晾干后，就可以用醋、小蘇打溶液、清潔劑、酸性果汁等在廚房就能找到的酸性或堿性溶液在織物上作畫了。當這些酸性或堿性溶液滴落在織物上時，會出現(xiàn)暈染般的效果，色彩呈現(xiàn)非常美麗。

地衣用途廣泛，不僅可以用來制造染料，從中提取的石蕊試劑還能夠幫助科學家進行實驗。其他方面的用途，還有待我們進一步發(fā)掘。