酸碱指示剂通常是由多元弱酸或多种多元弱酸的混合物组成。在不同的pH条件下，多元弱酸会呈现不同的结构，从而实现随pH变化而变色的功能。
以酚酞为例，其分子式为C20H12O4。在弱酸性及中性环境下，酚酞呈现无色的酚酞结构。然而，当遇到碱时，酚酞分子内的酯基会水解，转变为带有生色基的醌式结构，从而使酚酞呈现粉红色。
实际上，酚酞的结构并不止上述两种。在更高的pH条件下，氢氧根会加成到酚酞的双键上，破坏生色基，使酚酞恢复无色。此外，在强酸性条件下，酚酞分子内的酯基也会水解，形成碳正离子结构，由于共轭体系的存在，酚酞呈现橘红色。
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