ทำไมฟีนอฟทาลีนถึงเปลี่ยนสี?

ตัวบ่งชี้ฟีนอล์ฟทาลีนช่วยให้นักเคมีสามารถระบุได้ด้วยสายตาว่าสารนั้นเป็นกรดหรือเบส การเปลี่ยนแปลงของสีในฟีนอลฟทาลีนเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออน และสิ่งนี้จะเปลี่ยนรูปร่างของโมเลกุลฟีนอลฟทาลีน

Phenolphthalein (ออกเสียงว่า fee-nawl-thal-een) มักย่อมาจาก phph คือ กรดอ่อน. สารประกอบที่เป็นกรดเล็กน้อยนี้เป็นของแข็งผลึกสีขาวถึงสีเหลือง ละลายในแอลกอฮอล์ได้ง่ายและละลายได้เล็กน้อยในน้ำ ฟีนอฟทาลีนเป็นโมเลกุลอินทรีย์ขนาดใหญ่ที่มีสูตรทางเคมีของ C₂₀โฮ₁₄โอ₄.

การแตกตัวเป็นไอออนเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลได้รับหรือสูญเสียอิเล็กตรอน และทำให้โมเลกุลมีประจุไฟฟ้าเป็นลบหรือเป็นบวก โมเลกุลที่แตกตัวเป็นไอออนจะดึงดูดโมเลกุลอื่นที่มีประจุตรงข้ามและขับไล่โมเลกุลที่มีประจุเดียวกัน

ฟีนอฟทาลีนเป็นกรดอ่อนและไม่มีสีในสารละลายแม้ว่าอิออนจะเป็นสีชมพู ถ้าไฮโดรเจนไอออน (H⁺ตามที่พบในกรด) ถูกเติมลงในสารละลายสีชมพู สมดุลจะเปลี่ยน และสารละลายจะเป็น ไม่มีสี. การเติมไฮดรอกไซด์ไอออน (OH^-ตามที่พบในเบส) จะเปลี่ยนฟีนอฟทาลีนเป็นไอออนและเปลี่ยนสารละลาย สีชมพู.

ตัวบ่งชี้ฟีนอฟทาลีนมีโครงสร้างที่แตกต่างกันสองแบบขึ้นอยู่กับว่าอยู่ในสารละลายด่าง (สีชมพู) หรือกรด (ไม่มีสี) โครงสร้างทั้งสองดูดซับแสงในบริเวณอัลตราไวโอเลต ซึ่งเป็นบริเวณที่สายตามนุษย์ไม่สามารถเข้าถึงได้ อย่างไรก็ตาม รูปแบบสีชมพูยังดูดซับสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้

สาเหตุของการดูดกลืนแสงที่มองเห็นได้คือโครงสร้างของตัวบ่งชี้ฟีนอฟทาลีนสีชมพู เนื่องจากการแตกตัวเป็นไอออน อิเล็กตรอนในโมเลกุลจะถูกแยกตัวออกจากกันมากกว่าในรูปที่ไม่มีสี โดยสังเขป การแยกส่วนคือเมื่ออิเล็กตรอนในโมเลกุลไม่เกี่ยวข้องกับอะตอมเดียว แต่จะกระจายไปทั่วอะตอมมากกว่าหนึ่งอะตอม

การเพิ่มขึ้นของการแยกส่วนจะเปลี่ยนช่องว่างพลังงานระหว่างออร์บิทัลของโมเลกุล อิเล็กตรอนต้องการพลังงานน้อยลงเพื่อให้กระโดดขึ้นสู่วงโคจรที่สูงขึ้น การดูดกลืนพลังงานอยู่ในพื้นที่สีเขียว 553 นาโนเมตรของสเปกตรัมแสง

ดวงตาของมนุษย์มองเห็นสีชมพูในสารละลาย สารละลายอัลคาไลน์ที่แรงกว่าคือ ตัวบ่งชี้ฟีนอฟทาลีนจะยิ่งเปลี่ยนแปลงและสีชมพูก็จะเข้มขึ้น

มาตราส่วน pH ทำงานตั้งแต่ 0 ถึง 14 โดยที่ pH 7 เป็นกลาง สารที่ต่ำกว่า pH 7 ถือเป็นกรด ค่า pH ที่สูงกว่า 7 ถือเป็นพื้นฐาน

ฟีนอฟทาลีนไม่มีสีตามธรรมชาติ แต่จะเปลี่ยนเป็นสีชมพูในสารละลายด่าง สารประกอบยังคงไม่มีสีตลอดช่วงของระดับ pH ที่เป็นกรด แต่เริ่มเปลี่ยนเป็นสีชมพูที่ระดับ pH 8.2 และยังคงเป็นสีม่วงแดงสว่างที่ pH 10 ขึ้นไป

ในปี พ.ศ. 2414 นักเคมีชาวเยอรมันชื่อ Adolf von Baeyer ได้ค้นพบฟีนอล์ฟทาลีนโดยการหลอมรวมฟีนอลและพาทาลิก แอนไฮไดรด์ในที่ที่มีกรดซัลฟิวริกหรือซิงค์คลอไรด์ กระบวนการผลิตยังคงใช้มาจนถึงทุกวันนี้

ในห้องปฏิบัติการเคมี ส่วนใหญ่ใช้ฟีนอฟทาลีนในกรด-เบส การไทเทรต. สารละลายของความเข้มข้นที่ทราบจะถูกเติมเข้าไปในความเข้มข้นที่ไม่รู้จักอย่างใดอย่างหนึ่งอย่างระมัดระวัง ตัวบ่งชี้ฟีนอฟทาลีนถูกเพิ่มเข้าไปในความเข้มข้นที่ไม่รู้จัก เมื่อสารละลายเปลี่ยนจากไม่มีสีเป็นสีชมพู (หรือกลับกัน) ค่า การไทเทรต หรือถึงจุดวางตัวเป็นกลางแล้ว และอาจคำนวณความเข้มข้นที่ไม่ทราบได้

ในอดีตมีการใช้ฟีนอฟทาลีนเป็นยาระบาย เป็นส่วนประกอบของ Ex-Lax สำหรับการบรรเทาอาการท้องผูกที่ไม่ต้องสั่งโดยแพทย์ อย่างไรก็ตาม มันถูกห้ามใช้ในสหรัฐอเมริกาในปี 2542 หลังจากการวิจัยพบว่าเป็นสารก่อมะเร็ง (สารก่อมะเร็ง)