XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке. Летняя площадка 2022
Краски из растений
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Было жаркое лето. Вместе с родителями мы отправились на дачу. На улице стояли солнечные деньки. Листва на деревьях была ярко зеленая. На грядках красовались разноцветные цветы: ветер покачивал белоснежные головы гортензий, искрились на солнце ромашки.
Собирая для мамы букет, мы вдруг заметили, что испачкали руки. Показали грязные ладошки родителям, которые нам объяснили, что в растениях могут быть красящие вещества. Мы захотели извлечь из растений эти краски и нарисовать эту грядку, где мы отдыхали. В связи с этим считаем свою работу актуальной не только для себя, но и для всех, кто интересуется живой природой и хочет применять полученные знания в жизни.
В прошлом году мы уже провели одно исследование с галлами дуба. Из него мы узнал, что в стенках галла откладывается очень большое количество дубильных веществ, которые с железным купоросом образуют чёрную краску, использовавшуюся при изготовлении чернил очень стойких и прочных. Мы собрали несколько листьев разных растений для того, чтобы сделать из них краски, а чтобы лучше воспроизвести рисунок на бумаге, мы сделали несколько фотографий этих растений на память и распечатали на домашнем принтере с НПЧ1. После чего мы их приклеили над своим письменным столом.
Через 4 месяца мы обнаружили, что фотографии как-то не естественно выглядят, краски потускнели, цветовая палитра очень сильно изменилась, проступили пурпурные цвета, а все остальные поблекли. Мы спросили у родителей, почему так произошло. Узнав ответ на свой вопрос, мы решили сравнить стойкость полученных красок из природы и аналоговые чернила для принтера. Возможно, природные краски будут более стойкие, такова гипотеза нашего исследования.
Объектом исследования являются некоторые растения, а предметом - красящие вещества в них. В связи с вышесказанным, цель работы – получить краски в домашних условиях и сравнить их стойкость с течением времени с аналоговыми красителями для принтера.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Собрать некоторые растения, обладающие способностью окрашивать;
Получить вытяжку красящих веществ из этих растений в домашних условиях;
Узнать что это за вещества, какова их цветовая палитра.
Нарисовать рисунок гуашью с добавлением красок в различных соотношениях, полученных из растений и сравнить их стойкость с таковой у аналоговых красок2, используемых в принтере для печати, тем самым проверить выдвинутую гипотезу.
Практическая ценность данной работы состоит в том, что мы можем создать более стойкую краску на основе имеющихся у меня гуашевых красок. Материал этой работы можно использовать на уроках окружающего мира, биологии, рисования.
Глава 1. Обзор литературы
Возникновение красок
Без ярких красок и цветов мир был бы блеклым и серым. Недаром даже первобытный человек стремился придать своей обыденности разнообразия, будь то рисунок животного на скале, раскрашивание своего тела, а в дальнейшем и одежды, написание картин. Краски тогда изготавливались из имеющихся природных материалов, различных частей растений [1].
Практическое применение красок из растений
Изучив множество литературы, мы узнали, что сейчас краски из растений практического применения не имеют, но буквально пару веков назад они активно использовались для окрашивания шерсти и ткани, а также живописи. Дуб откладывает в стенках галла очень большое количество дубильных веществ, которые с железным купоросом образуют чёрную краску, использовавшуюся при изготовлении чернил, тех самых, которыми писали А. С. Пушкин и его современники, кстати, очень стойких и прочных. Рукописные книги, документы, написанные много веков назад этими чернилами, до сих пор сохранили свой первоначальный цвет. Этими чернилами пользовались Леонардо да Винчи, Иоганн Себастьян Бах, Ганс Христиан Андерсен и многие другие [2].
Практически все рукописные книги в Европе написаны чернилами из дубовых галлов. Так, например, для придания ткани желтого цвета использовали корни и древесину барбариса. Зеленые краски делали из листьев щавеля, болотного хвоща, пижмы. Ягоды черники использовали для придания фиолетового цвета. Коричневую краску делали из луковой шелухи, сухой коры крушины. Красный оттенок получали из травы душицы. Однако, краски, получаемые из растений, не бывают яркими и насыщенными [3].
Природные красители - органические соединения, которые вырабатываются живыми организмами и окрашивают животные и растительные клетки и ткани. В основном соединения желтых, коричневых, черных и красных цветов разных оттенков, очень мало синих и фиолетовых, зеленые, как правило, отсутствуют [4].
До 2-ой половины XIX в. природные красители - единственные вещества для крашения текстильных и парфюмерных изделий, кожи, бумаги, пищевых продуктов и др. С развитием промышленности органического синтеза, природные красители не выдержали конкуренции с красителями синтетическими и в основном утратили былое практическое значение. В небольших количествах природные красители используют в реставрационных работах [5]. Их применяют также в пищевой и парфюмерной промышленности, при исследованиях методами оптической и электронной микроскопии в цитологии и аналитической химии. Многие природные красители обладают значительной физиологической и антибиотической активностью, вследствие чего их часто используют как лекарственные средства. Некоторые природные красители - регуляторы роста растений, а также сигнальные вещества, привлекающие насекомых-опылителей и отпугивающие вредителей [10,11].
Природные красители - органические соединения, которые вырабатываются живыми организмами. Красящими свойствами обладают сотни тысяч растений, но к красильным относят растения, «богатые» красителями, имеющие легкий и доступный способ извлечения, обеспечивающие стойкое окрашивание растительных и животных тканей. Самый распространенный способ - это экстрагирование красящих веществ горячей водой, кислыми или щелочными растворами. Из отдельных красящих растений достаточно отжать сок.
Угасающая красота любимого сада не должна печалить его владельца, ведь травянистые растения и плоды, которые мы выращиваем, и в холодное время дарят массу творческих возможностей (приложение 1).
Глава 2. Материалы и методика
Материалом для исследования послужили листья березы, чистотела, зверобоя, крапивы двудомной, луковая шелуха, ягоды черники. Вспомогательные материалы: камедь вишневая, уксусная кислота (9% концентрации), глицерин, перекись водорода, пищевая сода, медный купорос, гуашевые краски, вода, спирт этиловый.
Изготовление красок из растений
Описание опыта: собрали листья берёзы, измельчили их ножом. Положили в кастрюлю 100 гр. листьев, залили их 250 гр. воды и кипятили около 20 мин. Отвар процедили через марлю и выпаривали до густоты, получив концентрированный раствор красителя.
Таким же образом поступили с листьями чистотела, зверобоя, крапивы, луковой шелухой, ягодами черники.
После этого приступили к изготовлению основы для красок [4].
В качестве клеящего вещества мы взяли вишнёвый клей (камедь - натёки на стволах, которые можно собрать прямо с деревьев). Взяв камедь, растворили её в воде, для ускорения процесса растворения добавили несколько капель уксусной кислоты.
Для краски каждого цвета приготовили 5 мл клеевого раствора и смешали его с равным количеством глицерина. Антисептиком будет служить 3-х процентная перекись водорода. Этого вещества нужно несколько капель. Все компоненты будущей краски смешали, основа краски готова.
В домашних условиях краски можно приготовить из густой вытяжки растений и связующего (клеящего) вещества. И последняя добавка-антисептик, ведь в растительных отварах имеются микроорганизмы (плесневелые грибки). Для каждой краски берём отдельную ёмкость и смешиваем основу краски и густые отвары в равных пропорциях.
Для получения различных оттенков красок мы использовали соду и медный купорос, однако существенных отличий нами замечено не было.
Описание опыта: взяли 100 гр. листьев чистотела, измельчили и сложили в банку, залив 100 гр. спирта. Через десять дней процедили и заметили, что насыщенность спиртового настоя пигментами меньше, чем в отварах.
Проконсультировавшись с учителем биологии, мы узнали, что хлорофилл бывает разного вида, а значит и цвета, поэтому мы решили посмотреть на него и использовали следующий метод: Разделение пигментов методом бумажной хроматографии3.
Материалы и оборудование: травяные отвары, спиртовая вытяжка пигментов, химический стаканчик, фильтровальная бумага4, ножницы, стеклянная палочка.
Ход работы
Вариант 1. Отрезали полоску фильтровальной бумаги 10х1,5 см.
Погрузили полоску одним концом в спиртовую вытяжку хлорофилла под углом 30-60° к стенке стакана (бумагу в стакане с вытяжкой оставить на 10-15 минут), затем аккуратно достали и просушили, отметили расположение слоев.
Вариант 2. На кружок фильтровальной бумаги стеклянной палочкой нанесли небольшую каплю спиртовой вытяжки смеси пигментов. Просушили [7].
Изготовление образцов (методику придумали сами) (фото приложение 2).
Мы приготовили растворы красок из растений, смешав их с гуашью5 в пропорциях 1:1 и 2:1, нарисовали рисунки красками из каждой партии. Они послужат нам экспериментальными образцами. Фотография, распечатанная на принтере, также является экспериментальным образцом.
Контрольным образцом6 выступает, в данном случае образец, нарисованный гуашью без добавления растительных красок.
Все экспериментальные образцы поместили в одинаковые условия (повесили над столом) таким образом, чтобы осуществлялся приток свежего воздуха и доступ солнечных лучей. Все образцы перед началом эксперимента зафиксировали на фотографиях (приложение 2).
По истечении 4 месяцев сравнили стойкость красок, сравнивая с контрольным образцом, который хранился в тех же условиях доступа воздуха и солнечного света. Результат также зафиксировали на фотографиях. Сравнили полученные результаты.
Еще одним опытом, который мы решили проделать, было исследование сохранения стойкости красок под воздействием воды. Для этого мы отрезали от всех образцов вертикальные полоски и опустили их в воду на 30 минут. После чего образцы высушили. Результаты на фото в приложении 2.
Глава 3. Результаты и обсуждение
Мы приготовили краски в домашних условиях из следующих растений7: чистотела, зверобоя, крапивы, луковой шелухи8, ягод черники9.
Мы получили водные и спиртовые вытяжки из этих растений, с помощью обеззоленных фильтров разделили пигменты хлорофилла и посмотрели цветовую гамму. Она оказалась не богатой от грязно-желтого до зеленого. А в спектре, как известно, эти цвета находятся рядом.
Из ягод черники и луковой шелухи также выделили красящие вещества.
Таким образом, мы ответили на вопрос, почему природные красители не имеют широкого спектра цвета.
Мы нарисовали полученными красками рисунки в соотношениях 1:1 с гуашью и 2:1.
Нарисовали также рисунок одной гуашью. Распечатали фото на принтере.
По истечении четырех месяцев, мы сравнили стойкость красок, подвергшихся воздействию открытого доступа воздуха и солнечного света, а также прямого воздействия воды.
Результаты оказались таковы:
Насыщенность и цветовая гамма изменилась только на фото с принтерной краской (поблекла, ушла в пурпур). На остальных образцах, как и в контрольном (чистая гуашь) существенных изменений мы не заметили.
В опыте с водой результаты подтвердили нашу гипотезу. Чистая гуашь размылась водой и рисунка почти не видно. Те образцы, где присутствовала растительная краска в соотношении 1:1 с гуашью и 2:1 потеряли часть цвета из-за растворившейся в воде гуаши, а образец из чистой растительной краски совсем не пострадал. Принтерная краска значительно поблекла, так как изготовлена на водной основе.
Мы приходим к заключению, что краски, полученные из растений более стойкие. Они выдержали воздействие воздуха и прямых солнечных лучей, а также воды.
Выводы
В ходе наших исследований мы пришли к выводу, что получить краски можно из многих растений (зеленой части), и плодов овощей и ягод. Да, они не такие яркие и нет большого разнообразия, как у современных красителей. Но вполне пригодны для придания своеобразия окружающего нас бытия.
Для достижения этой цели мною были решены следующие задачи:
1. Собраны некоторые растения, обладающие способностью окрашивать;
2. Получены вытяжки красящих веществ из этих растений в домашних условиях;
3. Красящими веществами оказались разные виды хлорофилла и некоторые другие пигменты. Натуральные красители оказались более стойкие во всех опытах.
4. Нарисовали рисунки гуашью с добавлением красок в различных соотношениях, полученных из растений, и сравнили их стойкость с таковой у аналоговых красок, используемых в принтере для печати, тем самым подтвердили выдвинутую гипотезу.
Список литературы
Блинчева И. Б. Из чего в древности делали краски. - М.: «Мир книги», 2018.
Губанов И.А. Луговые травянистые растения. - М.: Агропромиздат, 2011.
Никифорова О. Краски из растений. – М.: «Малыш», 2013.
Шалаева Г.П. Новейший справочник дошкольника. Наука и жизнь. – 2000. – №6
Приложение 1
Красители из растений
Желтые краски
Восковник, невысокий кустарник с большими листьями, распространен на севере России, имеет несколько разновидностей, известных под именем восковой ягоды, воскового вереска и т.д.; на плодах имеется восковой слой. Восковник имеет много красящего вещества, дающего ярко-желтый цвет, толокнянка - медвежий виноград, по виду напоминает бруснику, ягоды мучнистые, растет на песчаных местах и в сосновых лесах, собирать нужно после появления ягод. Дает желтый цвет.
Крушина - волчьи ягоды, красящее вещество находится в коре; произрастает на всей территории России, имеет много местных названий: корушатник, медвежина, крушина колючая, слабительная, окостер, проскурина и др. Кора некоторых видов крушины в свежем виде дает желтую окраску, а в сухом - коричневую.
Береза - красящее вещество содержится в листьях и молодой коре; листья и кора собираются в начале лета; из листьев получается ярко-желтая краска, из коры - желтоватая.
Василек угластый - листья красят шелк и шерсть.
Василистник - листья красят шерсть,
Золототысячник - трава красит шерсть.
Одноягодник - красит полотно.
Полынь - трава красит в соломенный и палевый цвет, с квасцами - в лимонный цвет.
Подмаренник - цветы с прибавлением квасцов красят в темно-желтый цвет.
Барбарис - кустарник. Красящее вещество получается из коры, корней и древесины.
Желтинник - на Украине называют скомпия, красящее вещество в листьях и молодых ветвях, собирают в августе, сушат, толкут и мелют.
Синие краски
Плаун ликоподий - травянистое растение; красящее вещество в стебле растения.
Вайда (синило, синиль, фарбовник) - растет в умеренной полосе России, красящее вещество содержится в листьях.
Гречиха - дикорастущая на берегах Каспийского моря. Красящее вещество в листьях, густого синего цвета (индиго).
Гераний лесной - красящее вещество в цветах.
Ежевика - ягоды красят в темно-синий цвет.
Черника - ягоды красят шерсть, смоченную, квасцами (1:10), в фиолетовый цвет.
Лакмусник - растет в Крыму. Трава красит шерсть в фиолетовый цвет, известный у французов под названием "Турнесоль".
Шалфей луговой - трава красит в темно-синий цвет.
Зеленые краски
Бузина - используют не спелые ягоды, как для красной краски, а листья бузины, которые дают хороший зеленый цвет.
Хвощ болотный, железник, беличий хвост, - растет повсюду; красящее вещество в стебле, дает зеленый цвет.
Щавель - растет почти повсюду; красящее вещество в листьях.
Можжевельник - растет почти повсюду; красящее вещество в ягодах.
Рута и цветок синего касатика - сок из них, смешанный вместе, дает прочный зеленый цвет.
Бирючина - ягоды окрашивают шерсть в, темно-зеленый цвет.
Черемуха - внутренняя кора окрашивает в зеленый цвет.
Тополь - внутренняя кора красит пряжу в зеленый цвет, пряжа должна быть предварительно смочена железным купоросом (1 :10).
Коричневые краски
Лишайники, торчовка, дубовая лапка - растут почти повсюду, на земле и камнях. Лишайник, растущий на камнях, дает особенно прочную коричневую окраску.
Ольха черная - распространена в умеренной полосе России, красящее вещество в листьях, молодых ветвях и коре.
Сухая кора крушины - дает коричневую окраску,
Кора сливяного дерева - дает коричневую окраску.
Трава серпуха - красит льняные и шелковые ткани.
Щавель конский - корень его, выкопанный осенью, дает коричневый цвет.
Красные краски
Крушина, волчьи ягоды - та же, что для получения желтого цвета; для красного цвета собирается не кора, а молодые ветки и листья до цветения.
Марена красильная или крап - растет на юге, в Крыму, Закавказье; красящее вещество в корне растения, который выкапывается до цветения.
Бузина - кустарник, растет почти повсюду; красящее вещество в спелых ягодах.
Ветла - кора, сваренная в щелоке, красит шелк и шерсть.
Душица - трава красит шерсть.
Мак дикий - сок из цветов красит шелк, шерсть, полотно, смоченные предварительно в растворе из 2 ч. квасцов, б ч. уксуса и 6 ч, воды.
Терн - кора, варенная со щелоком, красит шерсть.
Бирючина - сок из ягод, смешанный с нашатырем или глауберовой солью.
Стружки красного дерева фернамбук варить с прибавлением 2 - 3% квасцов (или поташа). Дает не только красный, но и желтый, оранжевый, пурпурный, фиолетовый цвета.
Серые краски
Барвинок - трава красит шерсть в темно-серый цвет.
Ель - кора красит шерсть.
Кувшинка - корень красит хлопок и лен.
Ракитник - кора дает темно-серый цвет.
1 НПЧ-система непрерывной подачи чернил. Чернила аналоговые.
2 Цветовая палитра красящих пигментов, возможно, будет не велика, поэтому считаю целесообразным смешать с акварелью.
3 В 1817 году Жозеф Бьенеме Каванту и Пьер Жозеф Пеллетье выделили из листьев растений зеленый пигмент, который они назвали хлорофиллом. В 1900-х годах Михаил Цвет и Рихард Вильштеттер независимо обнаружили, что хлорофилл состоит из нескольких компонентов. Вильтштеттер очистил и кристаллизовал два компонента хлорофилла, названные им хлорофиллами а и b.
4 Использовали обеззоленные фильтры «Синяя лента», «Красная лента», «Белая лента».
5 Гуа́шь — вид клеевых водорастворимых красок, более плотный и матовый, чем акварель. Термин первоначально возник в XVIII веке во Франции.
6 Мы отдаем себе отчет, что контрольный образец не должен участвовать в испытаниях, но мы решили, что в нашем случае, для сравнения это будет более показательно, и провели опыты с ним.
7 Вытяжки пигментов разных видов хлорофилла.
8 Квертицин. Содержится в растениях (преимущественно красного, багрового цвета): гречневой крупе, луке (особенно красном; в большем количестве — во внешних оболочках), яблоках, перце, чесноке, золотом усе, красном винограде, чае, цитрусовых, тёмной вишне, бруснике, томатах, брокколи, малине, чернике, клюкве, аронии, рябине, облепихе, водянике, плодах опунции, некоторых сортах мёда (эвкалиптовом, чайного дерева), орехах, цветной и кочанной капустах, красном вине, оливковом масле, желудях — в виде водорастворимого рутина.
9 В ягодах содержатся природные пигменты, которые придают ягоде фиолетовый цвет. Антоцианы - это большой список веществ, они есть в разных фиолетовых ягодах (смородина, бузина, черная рябина и т.д.), но у каждой ягоды свой набор антоцианов.