一个“有多少”的问题
想象有人递给你一杯清澈的醋，问你一个听起来很简单的问题：里面到底溶解了多少酸？你看不见这些酸，也无法直接称量它，因为它溶在水里。你想测量的那种物质——这里就是酸——叫做被分析物，而“它到底有多少”这个谜题，正是化学中一整个分支——容量分析——的核心。
聪明之处在于：你不直接测量酸，而是让它和另一种你能极其精确控制用量的物质反应。你把这第二种物质缓缓地、一滴一滴地加入，直到加入的量恰好把所有酸都消耗完——不多，也不少。只要你仔细记录加了多少，反应本身就替你完成了计数。这种一滴一滴的测量法，就是滴定。
两个角色：被分析物与滴定剂
每一次滴定都恰好有两个主角。第一个是被分析物——那个你想求出的未知量，待在锥形瓶里。第二个是你往里加入的溶液，它的浓度你已经精确知道。这种加入的溶液就是滴定剂。可以把滴定剂想象成一把用液体做的尺子：因为你确切知道它有多浓，所以每加入一毫升，都代表着一份已知的、可以数清的反应物。
为什么这样就能计数？因为化学反应是按固定比例进行的。一个酸粒子和固定数目的碱粒子反应——比如一比一。这种固定的“配方”叫做反应的化学计量关系。所以，如果你发现恰好需要相当于一百万个酸粒子的碱才能让反应结束，那么瓶里原本就一定有一百万个酸粒子在等着。滴定剂正是通过与被分析物反应来给它计数。
你怎么知道何时停下？
一个显而易见的担忧是：酸是看不见的，那你究竟怎么知道它恰好被用完的那一刻？这正是该方法的精妙所在。你加入一种极少量的“帮手”——叫做指示剂——它是一种染料，会在最后一点被分析物消失的瞬间变色。只要还有酸剩下，指示剂就显示一种颜色；一旦酸耗尽、下一滴滴定剂再也没有东西可反应时，颜色立刻翻转。你用肉眼就能看见这一变化。
于是整个过程变成一种耐心的游戏。你让滴定剂缓缓流入，一边旋摇锥形瓶，一边盯着颜色。临近终点时你放慢到一滴一滴地加，因为多加一滴就会越过目标。当颜色稳定地停在新的色调上，你就停手，读出用了多少滴定剂。这个读数，再加上滴定剂的已知浓度和反应的“配方”，就能算出被分析物的量。
走完一次完整的滴定
我们来测一测那杯醋里的酸。醋就是被分析物溶液。滴定剂是一种已知强度的碱。我们用一根细长、有刻度、底部带活塞的玻璃管来滴加滴定剂——这叫滴定管——它能让我们把加入的体积读到零点几毫升。
- 量取已知体积的醋放入干净的锥形瓶，滴入几滴指示剂。
- 用已知浓度的滴定剂装满滴定管，记下起始的体积读数。
- 打开活塞让滴定剂流入，同时旋摇；当颜色开始有变化迹象时，放慢到一滴一滴地加。
- 当某一滴使整瓶变成新颜色并稳定不退时立即停止，读出最终体积。
- 用最终读数减去起始读数，得到所用滴定剂的体积——这个数字结合反应配方，就告诉你酸的量。
这就是全部思路了。不用电，不用光束，不用昂贵的仪器——只需一个受控的反应、一个仔细测量的体积，和一次颜色变化。近两个世纪以来，纯度就是这样被认证的，药品就是这样被检验的，工厂就是这样证明其产品的。本阶梯后面的指南会把每一步打磨得更精细，但一切都立足于这一个漂亮的窍门：用已知去反应未知，从而测出未知。