指示薬の色変化の理由とは？BTB溶液、フェノールフタレイン溶液、pH試験紙の反応メカニズム

理科の実験でよく使用される指示薬（BTB溶液、フェノールフタレイン溶液、pH試験紙）は、酸性、アルカリ性、中性の環境によって色が変化します。では、なぜこれらの指示薬は色を変えるのでしょうか？この記事では、その理由とメカニズムを解説します。

指示薬とは？

指示薬とは、酸性やアルカリ性の環境において、色の変化を通じてpHの状態を示す化学物質のことです。これらの指示薬は、酸やアルカリの性質によって異なる色に変わることから、物質のpHを目視で簡単に確認するために使用されます。

BTB溶液は、酸性環境では黄色、アルカリ性環境では青色に変化します。これは、BTB分子の構造がpHの変化に反応して変化するためです。酸性では水素イオン（H+）がBTB分子と結びつき、黄色に変わり、アルカリ性では水酸化物イオン（OH-）が結びつき、青色に変わります。

フェノールフタレインは、酸性では無色、アルカリ性ではピンク色に変わります。この色の変化は、フェノールフタレイン分子の構造変化によるものです。酸性では水素イオンが結びついて無色になりますが、アルカリ性では水酸化物イオンが結びつき、分子が変化してピンク色を示します。

pH試験紙は、色の変化によって物質のpHを示します。試験紙に含まれる指示薬が、液体のpHに反応して色が変わることで、酸性、中性、アルカリ性を区別することができます。色の変化のメカニズムは、BTB溶液やフェノールフタレインと同様、指示薬がpHに反応して化学構造が変化するためです。

指示薬が色を変える理由は、化学物質の分子構造がpHによって変化するからです。具体的には、酸性やアルカリ性の環境下では、指示薬の分子内で水素イオンや水酸化物イオンが結びついたり、結びつかなくなったりすることによって、光の吸収特性が変わり、結果的に色が変わるのです。

指示薬の色変化は、pHの変化に応じて指示薬分子が化学的に変化することによって起こります。BTB溶液、フェノールフタレイン溶液、pH試験紙は、これらの性質を利用して、酸性、アルカリ性、中性の環境を識別するのに役立ちます。