酸性溶液では、フェノルフタレインはそのプロトン化された形で存在しますが、これは無色です。フェノルフタレインのプロトン化された形態は、中心炭素原子のヒドロキシル基（-OH）がプロトン化され、-OH2+基を形成する化学構造を持っています。このプロトン化は、色付きの陰イオンの形成を防ぎます。
フェノルフタレインがアルカリ溶液に添加されると、高濃度の水酸化物イオン（OH-）により、ヒドロキシル基のプロトンが除去されます。この脱プロトン化は、ピンクの赤い色のフェノルフタレインアニオンの形成につながります。フェノルフタレインのアニオンは、分子上に伸びる非局在的な負電荷を持ち、スペクトルの可視領域で光の吸収をもたらし、ピンクの赤の色を与えます。
アルカリ性pHにおけるフェノルフタレインの色の変化は、化合物のプロトン化された型と脱プロトン化された形態の間に存在する化学均衡の結果です。より高いpH値では、平衡は脱プロトン化された形に向かってシフトし、より強いピンクの赤色につながります。
要約すると、フェノルフタレインは、色付きのフェノルフタレインアニオンの形成につながるヒドロキシル基の脱プロトン化により、アルカリpHの色を変化させます。分子構造のこの変化は、可視領域で光の吸収をもたらし、溶液にピンクの赤色になります。
