IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

РН – КАК УЗНАТЬ И ГДЕ ПРИМЕНЯТЬ
Гришина Я.К.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


1. Введение

Понятие рН - от латинского «сила или вес водорода», ввел датский химик Сорен Петр Лауриц Соренсен в 1909 году. Это водородный показатель кислотности среды, характеризующийся наличием ионов водорода (Н+). Если ионов водорода в среде много, она кислая, если мало — щелочная. [7]Актуальность темы. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ (рН) - одно из важнейших свойств водных растворов – их кислотность (или щелочность), которая определяется концентрацией ионов водорода (Н+) и гидроксид-ионов (ОН–). [3] Область применения водородного показателя очень широка: это химия, пищевая промышленность, экология, биология, медицина. Утоляя жажду, мы пьем воду и различные напитки, но как это отразится на кислотно-щелочном баланс внутренней среды организма, ведь биохимические процессы должны протекать при строго заданной кислотности. (таблица 1) Нарушение правил питания может повлиять на здоровье в целом, спровоцировав появление щелочной или среды с повышенной кислотностью в организме. Следствие этого: нарушение в деятельности желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей. [2]Таблица 1

Напиток

Значение pH

Минеральная вода негазированная

6,7

Чай

6,0

Минеральная вода газированная

4,3

Йогурт питьевой

4,5

Чай бутилированный

3,4

Сок пакетированный

3,1

Спрайт

2,8

Фанта

2,7

Кока-кола

2,5

При исследовании почвы рН является одной из наиболее важных характеристик. По значению рН, в частности, можно судить о содержании в почве питательных веществ, а также о том, какие растения могут успешно расти на данной почве. Например, рост фасоли, салата, черной смородины затрудняется при рН почвы ниже 6,0; капусты – ниже 5,4; яблони – ниже 5,0; картофеля – ниже 4,9. Кислые почвы обычно менее богаты питательными веществами, необходимыми растениям. [6] Аквариумисту важно знать о водородном показателе, так как его значение указывается в условиях содержания того или иного вида рыб (таблица2). [4]Таблица 2

Наименование рыбки

рН воды

Живородящие (гуппи, меченосец)

7.0-8.5

Барбус

6.0-7.0

Золотая рыбка (все разновидности)

6-8

Телескоп, гурами, петушок

6-8

Попугай (гибрид)

около 7,0

Дискус

5.8-7.5

Скалярия

5.5-8,0

Неон

5.0-6.5

Пиранья обыкновенная

около 7,0

Косметические и моющие средства должны иметь оптимальное значение рН для того, чтобы при их применении не страдала кожа, поэтому их необходимо проверять перед использованием (таблица 3). [8]Таблица 3

Для сухой кожи подходят косметические средства с рН от 3-4 до 5,5

Для жирной кожи подходят косметические средства с рН от 7 до 9

Косметические средства с рН от 5,5-7 универсальны и их могут использовать люди с различными типами кожи, не нанося ущерба своему организму.

Твердое туалетное мыло: pH 9-11Жидкое мыло: рН 5,5

Краски для волос:pH 8,5-11,0

Шампунь: pH 5,0-5,5Бальзам– ополаскиватель: pH 3-5

Препараты для химической завивки:9,0-9,5

Крем для рук: pH 6,0-7,0

Гигиеническая помада: pH 5,0-5,5

И так как это напрямую влияет на нашу жизнь, то приготовление шкалы рН и исследование различных сред, которые мы используем в быту, стало актуальной темой для меня и интересной для окружающих.Объект исследований: различные жидкости, растворы и среды.Предмет исследований: водородный показатель рН.Цель работы: приготовить шкалу рН, чтобы определять кислотность(щелочность) сред, которые встречаются в повседневной жизни. Для достижения этой цели я поставила перед собой следующие задачи:1. Приготовить индикатор для определения рН среды в домашних условиях.2. Измерить водородный показатель различных сред с помощью прибора рН-метр. 3. Составить шкалу рН.4. Сделать вывод о том, как знание рН среды можно использовать в нашей жизни. Использовала такие методы исследования как:1) Изучение энциклопедической литературы, научных изданий, ресурсов сети Интернет. [5]2) Проведение исследовательских методов.3) Измерение прибором рН-метр.4) АнкетированиеГипотеза: Я предполагаю, что рН можно измерить не только специальными приборами в лаборатории, а также индикаторами, изготовленными в домашних условиях, и использовать полученные знания.

2. Основная часть

2.1 Водородный показатель.

Из энциклопедической литературы я узнала, что вместо термина «рН раствора» часто используют термин «водородный показатель». Это название подчеркивает, что кислотность или щелочность растворов можно выразить через концентрацию одних только ионов водорода Н+. [1] В водных растворах, имеющий нейтральную среду, pH = 7, в кислотных растворах pH7. Здесь представлены значения рH для некоторых жидкостей:1. Желудочный сок - 1.0-2.0 pH 2. Лимонный сок - 2.0 pH3. Пищевой уксус - 2.4 pH5. Яблочный сок - 3.0 pH6. Слюна - 6.35-6.85 pH7. Молоко - 6.6-6.9 pH 8. Чистая вода - 7.0 pH9. Кровь - 7.36-7.44 pH10. Морская вода - 8.0 pH11. Раствор пищевой соды - 8.5 pH12. Отбеливатель (хлорная известь) - 12.5 рН [12] 2.2. Индикаторы рН Существует несколько способов измерения значения pH в водных растворах. Для получения более точного результата нужно использовать прибор pH-метр. Но в домашних условиях или для получения приблизительного результата, можно воспользоваться специальными индикаторами, то есть органическими веществами-красителями, которые в разных средах имеют разную окраску. [1] Наиболее известные индикаторы: лакмус, метиловый оранжевый и фенолфталеин – приведены в таблице 4. Таблица 4

Цвет индикатора, интервал рН:

Индикатор

в кислой среде

в нейтральной

в щелочной

Лакмус

Фенолфталеин

Метилоранж

красныйрН < 5

бесцветныйрН < 8

красныйрН < 3,1

фиолетовый5 < рН < 8

бледно-розовый8 < рН < 9,8

оранжевый3,1 < рН < 4,4

синийрН > 8

малиновыйрН > 9,8

желтыйрН > 6,3

Например, в нейтральной среде лакмус будет фиолетовым, в щелочной среде – синим, в кислотной – красным. [12] 2.3. Антоцианы В окружающем нас мире растений широко распространены пигменты, именуемые антоцианами. Они растворены в клеточном соке растений. К примеру, листья краснокочанной капусты, всевозможные ягоды и некоторые травы имеют в своем составе кристаллики антоцианов. При этом цветность кристаллов зависит от среды, в которой они находятся. [2] Если пигменты краснокочанной капусты способны изменять цвет в зависимости от кислотности-щелочности, то эти растительные пигменты являются индикаторами, которые можно применять для исследования рН различных сред и растворов.

3. Опытно-экспериментальная часть.

Моё исследование состояло из двух частей. Первая часть включала социологический опрос о водородном показателе, а вторая часть – это собственное исследование рН с помощью индикатора, приготовленного из краснокочанной капусты. 3.1 Социологический опрос жителей моего дома. Я обращалась к своим соседям с вопросом: «Знаете ли Вы о водородном показателе кислотности напитков, которые пьёте, моющих и косметических средств, которые используете?» Из 45 человек 11% (5 человек) слышали про рН из рекламы, встречали упоминание в интернете, журналах. Но никто знает, как можно определить кислотность напитков и щелочность моющих средств в домашних условиях. Результаты анкетирования занесены в таблицу 5 и изображены в виде диаграммы 1: Таблица 5

«Знаете ли Вы о водородном показателе кислотности напитков, которые пьёте, моющих и косметических средств, которые используете?»

Количество человек, %

Слышали

5 чел. , 11%

Не знают

40 чел., 89%

Диаграмма 1В результате анкетирования я сделала следующие заключения:

1. Несмотря на то, что постоянно в быту мы применяем различные водные растворы, но не задумываемся о влиянии на нашу жизнь и здоровье кислотно-щелочного баланса этих сред.

2. Никто не знает, как дома можно проверить рН.

3.2 Приготовление шкалы рН.

Чтобы в домашних условиях проверить рН того или иного раствора, я приготовила индикатор из краснокочанной капусты: ¼ часть залила кипятком на 20 минут, чтобы выделить пигмент-антоциан. Затем профильтровывала раствор, разбавила его, чтобы цвет получился более наглядным – синим, разлила полученный раствор в стаканы и, добавляя различные вещества: кислоты и щелочи, и следила за изменением цвета жидкостей. [11]Измерение водородного показателя с помощью рН-метра: Для того, чтобы точнее узнать, какой рН соответствует каждому цвету, я измерила полученные растворы на специальном приборе рН-метр. [9] Таким образом, получилась шкала рН для индикатора из краснокочанной капусты, представленная в таблице 6.Таблица 6Шкала рН

Наименование вещества

Цвет

рН

Серная кислота концентрированная

Ярко-красный

 

1,0-1,9

Серная кислота разбавленная

Вишневый

 

2,0-2,9

Уксусная кислотаконцентрированная

Малиновый

 

3,0-3,9

Уксусная кислотаразбавленная

Розовый

 

4,0-4,9

Угольная кислота (газированная вода)

Фиолетовый

 

5,0-5,9

Угольная кислота (разбавленная)

Сиреневый

 

6,0-6,8

Раствор антоцианов краснокочанной капусты

Темно-синий

 

6,9-7,2

Слабый раствор соды

Синий

 

7,3-8,5

Сильный раствор соды

Голубой

 

8,6-9,9

Аммиак

Цвет морской волны

 

10-11

Раствор аммиака

Зелёный

 

12-13

Гидроксид натрия (щелочь)

Желтый

 

14,0

Вывод: Можно приготовить индикатор для определения водородного показателя в домашних условиях, и использовать данную шкалу определения рН в быту. Таким образом, проверив рН напитков, которые мы пьём, можно сделать вывод о том, стоит ли злоупотреблять теми из них, где кислотность повышена. А узнав, какая щелочность у моющих средств, можно сделать вывод, стоит ли одеть перчатки, прежде чем соприкасаться кожей с данными веществами, а также, применять те косметические средства, которые имеют универсальное значение рН и их могут использовать люди с различными типами кожи, не нанося ущерба своему организму.

4. Заключение

В результате изучения энциклопедической литературы, социологического опроса, исследований я подтвердила свою гипотезу и приготовила шкалу для определения рН в домашних условиях с помощью индикатора краснокочанной капусты (рис.1).Красный, розовый цвета – значит кислая среда.Цвет зелёный означает – щелочь тут преобладает. (рис.2)

На основании приобретённого опыта, я планирую исследовать различные марки напитков, моющих и косметических средств и составить каталог о величине их рН с выводом о влиянии данного продукта на здоровье человека, в печатном или электронном виде.Я подготовила памятки со шкалой рН и некоторыми советами, как использовать величину водородного показателя в жизни (таблица 7). [10]Рисунок 1

Таблица 7 ПАМЯТКА Шкала рН для индикатора из краснокочанной капусты

Цвет

рН

Ярко-красный

 

1,0-1,9

Вишневый

 

2,0-2,9

Малиновый

 

3,0-3,9

Розовый

 

4,0-4,9

Фиолетовый

 

5,0-5,9

Сиреневый

 

6,0-6,8

Темно-синий

 

6,9-7,2

Синий

 

7,3-8,5

Голубой

 

8,6-9,9

Цвет морской волны

 

10-11

Зелёный

 

12-13

Желтый

 

14,0

Для сухой кожи подходят косметические средства с рН от 3-4 до 5,5

Для жирной кожи подходят косметические средства с рН от 7 до 9

Косметические средства с рН от 5,5-7 универсальны

Напиток

Значение pH

Минеральная вода негазированная

6,7

Чай

6,0

Йогурт питьевой

4,5

Минеральная вода газированная

4,2

Чай бутилированный

3,4

Сок пакетированный

3,1

Кока-кола

2,5

Большинство напитков имеют слабокислотную или сильнокислотную среду. Чтобы понизить уровень кислых веществ, организм будет постепенно разрушать сам себя, принося в жертву скелет, из костей будут вымываться важные соединения кальция и магния, нейтрализующие кислоты. Лучше употреблять напитки, pH которых близок по значению pH нашей крови (7,4).

Интервалы рН почвы для роста и развития растений

Растения

рН

Садовые культуры: свекла, капуста белокочанная, тыква, кабачки, лук, чеснок, фасоль, горох, сельдерей, смородина, слива, вишня, облепиха, крыжовникЦветы: нарцисс, тюльпан, гвоздика, астра

6,0-7,4

Садовые культуры: капуста цветная, кольраби, салат, морковь, огурцы, груша, яблоня, земляникаЦветы: роза, бегония, гладиолус

5,6-6,0

Садовые культуры: помидоры, картофель, редис, кукуруза, малина, ежевика, жасминЦветы: лилия, ирис, примула

5,1-5,5

Садовые культуры: щавель, брусника, клюква, черникаЦветы: ландыш, рододендрон

4,0-4,5

Рисунок 2 5. Список используемой литературы 1. Васильев В.П. Аналитическая химия – М.: Дрофа, 2002. 2. Голубева Р.М, Мансуров Г.Н. Открой для себя мир химии – М.: Дрофа, 2004. 3. Кемпбел Дж. Современная общая химия – М.: Мир, 1985. 4. Рассадкин Ю.П. Вода обыкновенная и необыкновенная. - М.: Галерея СТО, 2008. 5. Тяглова Е.В. «Исследовательская и проектная деятельность учащихся» - М.: Глобус, 2008. 6. Шилов И.А. Экология. М.: Высш. школа, 2000. 7. Энциклопедия для детей. Том 17: Химия. - М.: Аванта+, 1999. Нормативные документы:

- 8. ГОСТ Р 52345-05, ГОСТ 31696-12 «Продукция косметическая моющая. Общие технические условия», издание 2012.- 9. ПНДФ 14.1:2:3:4.121-97 «Методика выполнения измерений рН в водах потенциометрическим методом», издание 2004.- 10. СанПиН 2.1.4.1074-02 «Гигиенические требования к качеству воды централизованного водоснабжения», издание 2002. Электронные источники: - 11. https://www.youtube.com/watch?v=3oQ348Hk3QA&list=PLsOMq-874J1XsilkStfHlSY6omw8EABUI&index=38- 12. http://ru.wikipedia.org/wiki - Материал из Википедии – свободной энциклопедии.