XX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Природные индикаторы на страже здоровья человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Юлдашева Д.Р. 1

---

1МОУ "Кременкульская СОШ"

Алексеева Н.Г. 1

---

1МОУ Кременкульская СОШ

Работа в формате PDF

97.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Наблюдая за опытами в школьной химической лаборатории мы обратили внимание на изменение окраски некоторых веществ при добавлении одного и того же раствора. Стало интересно: «Что это за вещества?». Выяснили, эти вещества называют индикаторами.

Индикаторы – это органические вещества, позволяющие следить за составом среды, за протеканием химических реакций. Необычная история открытия индикатора английским химиком Робертом Бойлем, с помощью цветков фиалки, захватывает. Учёный-экспериментатор Р. Бойль в 1667 году фильтровальные бумажки, пропитанные отваром тропического лишайника – лакмуса, а так же отварами фиалок и васильков, назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель» на среду раствора. Появилось желание узнать больше об этих веществах, исследовать возможность получения их из лепестков и ягод других растений, даже овощей с дачного участка.

Актуальность данной темы заключается в том, что люди в настоящее время задумываются о продолжительности жизни и следят за своим здоровьем. Расширяющийся ассортимент новых синте­тических продуктов и пищевых добавок, наконец, экологическая обстановка тре­буют от потребителей качественной продукции, умения разбираться в некоторых элемен­тарных химических вопросах, способнос­ти применять эти знания в повседневной жизни, при минимальных материальных затратах.

Гипотеза: Исследование растворов, приготовленных из лепестков цветущих растений, ягод, овощей, содержащих антоцианы, поможет узнать характер среды и предотвратить её негативное влияние на организм.

Цель работы: Получить и исследовать действие природных индикаторов в различных средах.

Задачи: 

1. Изучение теоретического материала по теме исследования.

2. Научиться, экспериментально, готовить сырьё, растворы и бумажные растительные индикаторы.

3. Исследовать действие природных индикаторов в различных средах на примере продуктов из детского рациона питания.

4. Провести визуальное и органолептическое исследование приготовленных растворов из растительных объектов, молочных продуктов и почвы.

5. Составить шкалу изменения цвета для некоторых индикаторов.

6. Составить рекомендации для получения и эффективного применения природных индикаторов для самоконтроля и здорового питания.

Объект исследования: Лепестки цветковых растений, ягоды, овощи, почва.

Предмет исследования: Изменение окраски природных индикаторов в различных средах с помощью полученных растворов.

Методы исследования:

- анализ литературы и полученной информации по теме работы;

- эксперимент; визуальное и органолептическое исследование;

- сравнение и сопоставление информации.

Химический анализ. Выяснение состава смеси веществ или отдельного вещества. Различают качественный и количественный анализ. Качественный анализ предшествует количественному анализу, так результаты качественного анализа позволяют сделать правильный выбор методов количественного определения. Качественный анализ. Определение составных частей смеси веществ или чистого вещества, включает обнаружение химических элементов или ионов, входящих в состав анализируемого вещества. Применяются химические, спектроскопические и хромато графические методы анализа. Цветные реакции. Химические реакции, при которых путём сливания растворов или погружения в раствор универсальной индикаторной бумаги происходит изменение цвета, характерное для определяемой среды.

1.1.Общие сведения об индикаторах.

Индикатор (от латинского indicator - указатель) - это вещество, отображающее изменения какого-либо параметра контролируемого процесса и способное быстро определить pH среды. Индикаторы – вещества, позволяющие следить за составом среды протекающих химических реакций. Характер среды имеет большое значение в химических и биологических процессах. Эти процессы могут протекать с различными скоростями и в разных направлениях. Исследуемую среду можно определить по окраске индикаторов. Индикаторы широко используют в титровании в аналитической химии и биохимии. Их преимуществом является доступность стоимости, быстрота и наглядность исследования.

Химические индикаторы - это вещества, изменяющие окраску, при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Они бывают природного и химического происхождения. Индикаторы применяют чаще всего для установления конца какой-либо химической реакции или концентрации водородных ионов по легко заметному признаку. В школе используют в основном кислотно-основные индикаторы. Это органические соединения, способные изменять цвет в растворе при изменении кислотности pH, поэтому используется для её определения. Водородный показатель, pH – величина, характеризующая концентрацию ионов водорода в растворах. Это понятие было введено в 1909 году датским химиком Сёренсеном . Показатель называется pH, по первым буквам латинских слов potentia hydrogeni - сила водорода, или pondus hydrogenii - вес водорода. Водные растворы могут иметь величину pH в интервале 0-14. В чистой воде и нейтральных растворах pH=7, в кислых растворах pH менее 7Величины pH измеряют при помощи кислотно-щелочных индикаторов. Самые распространенные индикаторы это лакмус, фенолфталеин, метилоранж.

Таблица 1 Изменение окраски индикаторов в различных средах

Кислотно-основные индикаторы бывают не только химическими. Они могут находиться рядом. Когда нет настоящих химических индикаторов, то для определения среды растворов можно применять индикаторы из природного сырья. Сырьем могут служить лепестки герани розовой, петуньи, мака. пиона, ириса, темных тюльпанов, ириса, а также ягоды черники, черноплодной рябины, соки вишни, смородины, красного винограда, свеклы, моркови. Эти природные индикаторы содержат окрашенные вещества (пигменты), способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую или щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют об этом. Такими пигментами являются, прежде всего, антоцианы.

1.2 Растительные пигменты в природе.

Пигменты — органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их. Расположены пигменты в хлоропластах и хромопластах. В растительном мире известно около 2 тысяч пигментов. Наиболее стойкими являются 150. Некоторые из них представлены в таблице. Накапливаются пигменты главным образом в корнях, цветках, кожуре плодов и в листьях растений.

Общее название растительных пигментов — биофлавоноиды. Это фенольные соединения, продукты жизнедеятельности растений. Большинство хорошо растворимы в воде, не растворимы в этиловом эфире, хлороформе и бензоле. Особенно богаты ими листья чая, цветы и листья гречихи, софоры японской, плоды цитрусовых, шиповника и черноплодной рябины (эти растения служат сырьём для производства медицинских препаратов). Значительные количества содержатся также в красном перце, чёрной смородине, землянике, малине, вишне, облепихе, некоторых сортах яблок, слив и винограда. Многие биофлавоноиды придают окраску цветам и плодам растений. Все пигменты можно разделить на три группы — хлорофиллы, каротиноиды, антоцианы. Хлорофилл определяет зелёную окраску листьев. Без этого изумрудного пигмента невозможна жизнь на планете, так как он осуществляет фотосинтез. Спутниками хлорофилла являются каротиноиды, которые определяют жёлтое, оранжевое и красное окрашивание. Так, жёлтые зерна кукурузы, оранжевая кожура мандарина, красные плоды шиповника своей окраской обязаны каротиноидам. Третья группа пигментов — антоцианы, которые определяют практически все краски растений — от оранжевой и красной до синей. Особый интерес представляют пигменты третьей группы — антоцианы, которые обладают хорошими индикаторными свойствами. Антоцианами называют группу растительных пигментов (красителей), которые окрашивают лепестки цветов, листья, плоды в различные цвета – от красного до тёмно-синего и фиолетового. В большом количестве антоцианы содержатся в чернике, чёрной смородине, клюкве, вишне, малине, красном винограде, красной капусте, красных яблоках. Почти все фрукты и ягоды, имеющие красную, оранжевую, коричневую, фиолетовую и синюю окраску, содержат антоцианы. Эта окраска может меняться при созреванииплодов. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Также они помогают снизить уровень сахара крови у людей больных сахарным диабетом.

1.3 Применение индикаторов в быту и для сохранения здоровья человека.

Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких или газообразных сред, следить за изменением их состава, или за протеканием химической реакции. Широко используются кислотно-основные индикаторы, разбавленные растворы которых обладают способностью заметно изменять цвет, в зависимости от кислотности раствора. Причина изменения цвета — изменения в строении молекул индикатора в кислой и щелочной среде, что приводит к изменению спектра поглощения раствора. Для определения состава газовых сред используют индикаторные бумажки и индикаторные трубки.

Растительные индикаторы можно использовать и в быту.

* Индикаторы помогают определять кислотность почвы, а от неё зависит урожайность, а так же способность контролировать среду растворов различных средств бытовой химии и косметических средств, удалять пятна растительного происхождения.

* С помощью индикаторов можно проверить кислотность напитков и молочно-кислых продуктов особенно длительного срока хранения.

* Даже хозяйки используют индикаторы, чтобы борщ был ярко-красным - в него перед окончанием варки добавляют немного пищевой кислоты – уксусной или лимонной; цвет меняется прямо на глазах.

* Давненько было в моде писать приглашения на лепестках цветов; а писали их в зависимости от цветка и желаемого цвета надписи раствором кислоты или щелочи, пользуясь тонким пером или заостренной палочкой

* Антоцианы часто применяются в медицине благодаря их уникальным антиоксидантным свойствам. Они нейтрализуют свободные радикалы, которые в свою очередь губительно действуют на наш организм. Антоцианы являются гарантами долгой и здоровой жизни клеток, а значит, продлевают и нашу жизнь.

*Природные индикаторы можно применять как наглядный материал на уроках химии, удовлетворяя социальные интересы школьников, стремящихся к здоровому образу жизни, при отсутствии стандартных индикаторов.

1.4 Методика приготовления растворов природных индикаторов из растительного сырья и определение кислотности среды.

Для приготовления индикаторов из растительного сырья рекомендуется, использовать окрашенные растения или их части. Выбор растительного материала для приготовления индикаторов неограничен. Существуют различные способов приготовления индикаторов. Некоторые из них мы рассмотрим в данной работе. В летне-осенний период необходимо заготовить сырьё: собрать и высушить лепестки цветковых растений, заготовить ягоды вишни, чёрной смородины, малины, черноплодной рябины , корнеплоды свеклу¸ морковь. Приготовить вытяжку природных индикаторов можно разными способами – кипячением в воде или экстрагированием каким-либо растворителем, например – спиртом.

1. Индикатор из сока краснокочанной капусты можно получить следующим образом: 40-50 граммов мелко нарезанной капусты залить 25 мл этилового спирта, осторожно прокипятить, отфильтровать – индикатор готов».

2. Более доступный способ приготовление индикаторов способом кипячения в воде. Для приготовления растительных индикаторов берут 50 г сырья: свежих плодов или лепестков, измельчают, морковь и свеклу, их натирают на тёрке. Полученную смесь заливают 200 мл воды и кипятят на водяной бане в течение 5 минут. Возможно, прямое кипячение приготовленной смеси в течение 2-3-х минут. Это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Полученные отвары охлаждают и фильтруют. С целью предохранения от порчи, в полученный фильтрат можно добавить спирт в соотношении 2:1.

3. Можно использовать сушеные ягоды, получая из них настои: для этого измельченный материал нужно залить водой и дать постоять некоторое время при комнатной температуре. Окрашенный раствор отфильтровать и использовать как индикатор. Многие ягоды сохраняют свои свойства, если их поместить в сахарный сироп.

4. Можно впрок приготовить индикаторную бумагу, для этого необходимо в приготовленную вытяжку опустить сухую фильтровальную бумагу на 10 – 12 минут, пока красящее вещество не адсорбируется целлюлозой. При необходимости эту процедуру повторяют 2 – 3 раза. Затем бумагу промывают и сушат, не допуская попадания яркого свет. Сухую бумагу разрезают и хранят в стеклянной ёмкости или пакете. Растворы индикаторов проверяются раствором уксусной кислоты и щёлочи. В домашних условиях возможно использование стиральной соды. Наблюдаем за изменением окраски, сравниваем с эталоном и данные заносим в подготовленную таблицу

II. Экспериментальная часть

2.1. Приготовление растворов природных индикаторов и исследование их действия в различных средах для определения pH.

Для приготовления растворов растительных индикаторов были заготовлены лепестки мака восточного, гортензии садовой, петунии, ягоды рябины черноплодной (аронии), вишни Ашинской, корнеплоды свеклы сорта Бордо, моркови сорта Нанская в свежем виде. Сырьё измельчили с помощью фарфоровой ступки, овощи протёрли на обычной тёрке. Избрали способ приготовления вытяжки природных индикаторов способом кипячения сырья в воде. Для этого взяли по 5 г измельчённого сырья лепестков мака, гортензии, петуньи поместили в колбы и залили 100мл дистиллированной воды.

Свежие промятые в ступке ягоды черноплодной рябины, вишни, протёртую морковь и свеклу взяли по 50грамм, залили 200 мл дистиллированной воды и кипятили каждую полученную смесь в течение 2-3-х минут. После охлаждения каждую смесь фильтровали на бумажном фильтре. Получилось несколько колб с водными растворами индикаторов. Растворы индикаторов проверяли 10 % раствором уксусной кислотыCH₃COOHи 10% раствором щёлочи NaOH. Эксперимент осуществляем в определенной последовательности. 10% раствором щёлочи NaOH. Эксперимент осуществляем в определенной последовательности. Берём три пробирки с полученными отварами, ставим на подставку для пробирок. Средняя пробирка с раствором служит эталоном, она остаётся без эксперимента. Затем исследуем чувствительность растворов растительных индикаторов на изменение pH среды. В первую пробирку добавляем по каплям уксусную кислоту, а в третью пробирку раствор щёлочи, гидроксид натрия. Наблюдаем за изменением окраски, сравниваем с эталоном и данные заносим в таблицу 2. Если окраска изменится под их воздействием, значит, полученные индикаторы содержат антоцианы и являются хорошими показателями среды.

Таблица 2. Шкала изменения цвета растворов индикаторов под воздействием кислотной и щелочной среды.

Спектр окраски изменяется под воздействием реагентов, значит, полученные индикаторы содержат антоцианы и являются хорошими показателями среды. В результате исследования мы выделили три группы природных индикаторов.

1 группа: Наиболее контрастные изменения в окраске растворов это: мак, черноплодная рябина и свекла. В кислотной среде эти индикаторы имеют окраску от алой до интенсивно красной, то есть pH« 7. В щелочной среде, pH»7, окраска изменяется от сине-зелёной до коричневой.

2 группа Изменения в спектре окраски хорошо заметны глазом: гортензия, петунья, вишня. В кислотной среде от бледно-жёлтой до тёмно-розовой pH« 7, в щелочной среде спектр от оранжевого до синего.

3 группа Изменение оттенков в окраске незначительны, восприятие глазом затруднено: морковь от светло-оранжевой окраски до желтой, то есть отличие от нейтральной среды, в которой pH=7 заметны не значительно. Наиболее показательными и доступными мы выделяем природные индикаторы полученные из черноплодной рябины и свеклы. Отвар из лепестков мака так же получил наше одобрение, но он удобен только летом, а засушенные лепестки не дают таких ярких оттенков. ( Приложение 1.)

Мы решили проверить полученные индикаторы для определения кислотной и щелочной среды продуктов питания. Заметили, что при хранении растворов индикаторов более 7 дней они теряют свои цветовые качества. Было принято решение подготовить более удобные варианты хранения индикаторов на фильтровальных полосках бумаги.

2.2. Изготовление индикаторных бумажек.

Фильтровальную бумагу разрезали на полоски шириной 4 см и длиной 8 см. Затем опустили приготовленные полоски в приготовленные, наиболее показательные растворы природных индикаторов, это отвар черноплодной рябины и свеклы. Через 10 минут, прошёл процесс адсорбции, прокрашенные полоски бумаги достали и оставили в вытяжном шкафу кабинета химии на просушивание, не включая его. В помещении могут быть пары аммиака, кислот и других летучих веществ, которые могут изменить показатели среды. После высыхания полоски бумаги насыщенные природными индикаторами пометили в стеклянные банки с крышками и этикетками. Так мы заготовили индикаторы впрок. (Приложение 1.)

2.3. Определение кислотности некоторых продуктов из детского рациона питания.

Детский рацион питания должен включать необходимые продукты: мясо, злаки, молочные продукты, фрукты, овощи, орехи. Здоровое питание исключает не полезные булочки, конфеты, шоколад, газированную воду, сладкие соки. Мы решили проверить кислотность часто употребляемых напитков, которыми балуют себя подростки.Для исследования были взяты напиткииз детского рациона питания: яблочный сок в мини упаковке и газированный напиток VIPS со вкусом кокоса. Кисло-молочные продукты так же входят в детский рацион питания. Природными индикаторами заготовленными впрок на фильтровальной бумаге были исследованы на кислотность: молоко, сметана, йогурт. ( Приложение 2.)

Таблица 3. Определение характера среды напитков с помощью изготовленных индикаторов.

Школьникам любителям «вкусняшек» необходимо знать, что чрезмерное употребление сладких соков, газированных напитков повышает кислотность в организме ребёнка, а это особенно опасно детям и людям, страдающим заболеванием желудочно-кишечного тракта. В составе яблочного сока содержится яблочная и лимонная кислоты, именно их отметил наш индикатор. Ежедневное употребление такого сока может вызвать расстройство пищеварения. В газированном напитке из углекислого газа и воды образуется угольная кислота, которая раздражает слизистую желудка, вызывает болевой синдром и даже приступы диареи. Употребление газированной воды детям не рекомендовано. Молочные продукты полезны детям. Мы проверили молоко, которое выдают ребятам в школьной столовой. В результате исследования оказалось, что индикаторы не изменили окраску, то есть среда нейтральная. Сметана с ограниченным сроком годности показала повышенную кислотность. Йогурт показал менее интенсивную окраску, то есть слабокислотную среду.

2.4. Определение кислотности почвы. Обратили внимание на низкую урожайность картофеля и решили проверить характер среды почвы на определённом участке с помощью полученных растительных индикаторов. Приготовили почвенный раствор. Для исследования взяли почву с дачного участка. Почву измельчили в фарфоровой чаше пестиком. Затем смесь поместили в плоскодонную колбу и прилили дистиллированную воду, которая полностью закрыла почву и по объёму больше, чем в три раза. Колбу закрыли пробкой и встряхивали. Приготовили бумажный фильтр, поместили в воронку. Отстоявшийся почвенный раствор профильтровали в пробирку. Почва, частички растений остались на фильтре, а фильтрат в пробирке. Полученный почвенный раствор проверили бумажными природными индикаторами из свеклы и черноплодной рябины, которые изменили окраску на ярко красную. Это подтверждает нашу догадку о повышенной кислотности этого участка земли, необходимости нейтрализации почвы известью или сменой севооборота для повышения урожайности картофеля. Появляется перспектива для исследования растительными индикаторами других участков почвы.

Заключение

Проведённая исследовательская работа помогла разобраться в понимании понятия «индикаторы». Наша гипотеза о том, что растворы из лепестков цветущих растений, ягод, овощей помогут узнать характер среды и предотвратить её негативное влияние на организм. Определена важность этого реактива для определения кислотной, нейтральной, щелочной среды и pH. Стало важно узнать и о лабораторных индикаторах, увидеть их химические формулы и даже научиться их читать. Отработана методика заготовки сырья, получения природных индикаторов в виде отваров и на фильтровальной бумаге. Разработанные рекомендации помогут и другим ребятам погрузиться в увлекательный мир химии.Появилась перспектива применения природных индикаторов для исследования почвы дачного участка.

Выводы:

1.Изучен объёмный теоретический материал по теме исследования. 2. Экспериментально проверена методика заготовки природного сырья и изготовление растворов индикаторов. Все подобранные нами растения изменяли цвет,являются антоцианами, хорошими природными индикаторами. 3. Проведено исследование действия природных индикаторов в кислотной и щелочной среде. 4.Заготовлены природные индикаторы впрок на бумажном фильтре. 5. Составлена шкала изменения цвета для некоторых индикаторов. Выделены три группы растений по индикаторным свойствам. 1 группа с ярко выраженными индикаторными свойствами. Изменения в окраске растворов растений этой группы наиболее контрастные, это: мак, черноплодная рябина и свекла. В кислотной среде эти индикаторы имеют окраску от алой до интенсивно красной, то есть pH« 7. В щелочной среде, pH»7, окраска изменяется от сине-зелёной до коричневой. 2 группа: гортензия, петуния, вишня со средне выраженными показателями. 3 группа: морковь со слабо выраженными индикаторными свойствами.

6. Проверенные напитки из детского рациона питания имеют повышенную кислотность, это яблочный сок, газированная вода, поэтому их употребление должно быть ограничено.

7. Исследование молочных продуктов показало, что необходимо проверять срок их годности. Молоко из школьной столовой, йогурт полезны для здоровья ребят, индикаторы отметили нейтральную среду, Сметана окрасила индикаторы в насыщенные красные цвета, то есть среда кислотная, имеются ограничения в употреблении этого продукта с определённым сроком хранения. Составлены рекомендации для получения и применения природных индикаторов для самоконтроля в осуществлении здорового питания.

8. Почвенный раствор изменил окраску индикаторов на красную, показав кислотную среду, то есть имеется необходимость нейтрализации почвы и продолжения исследования других земельных участков, для повышения урожайности картофеля и других овощей.

Приложение1. Рекомендации по изготовлению и применению природных индикаторов:

*Собери или высуши летом лепестки цветов, подготовь ягоды, овощи.

* Возьми столовую ложку измельчённого сырья, залей 50 мл кипячёной воды и поставь и поставь на водяную баню на 5-10 минут до появления окраски отвара.

* Чтобы узнать, какой раствор служит индикатором на ту или иную среду и как изменяется его цвет, проведи испытание. Возьми пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавь поочерёдно в кислотный или щелочной раствор.

* Кислотным раствором может служить столовый уксус, а щелочным раствор стиральной соды (карбонат натрия). Они будут служить эталоном.

* Результаты опытов тщательно записываем в таблицу

Приложение 2.

Рекомендации для осуществления здорового питания:

Людям, страдающим язвенной болезнью и другими заболеваниями желудочно-кишечного тракта надо помнить, что пищу необходимо нейтрализовать, по отношению к кислоте желудочного сока, действием хорошо проваренной и проверенной пищи на кислотно-основный характер. Больным, страдающим повышенной кислотностью, необходимо исключить из питания сильные раздражители, такие растения как петрушка, напитки, содержащие угольную кислоту (газированная вода), крепкие отвары овощей, грибов, мясные бульоны, проверяя их растительными индикаторами на наличие повышенной кислотности пищи. В рацион питания включать блюда и продукты, которые относятся к группе слабых раздражителей желудочной секреции, это щелочные воды, питьевая вода, овощи: картофель, морковь, свекла.

Список литературы:

1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2002.

2. Бородина Т. И др. Новая энциклопедия школьника. –М.: Махаон, 2007.

2. Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Сладков С.А. Химия.11 класс. Учеб. для общеобразовательных организаций. –М.: Просвещение, 2020.

3. Назарова Т.С, Грабецкий А.А. Химический эксперимент в школе. – М. 1987.

4. Ольгин О.М. Опыты без взрывов.- М. «Химия», 1986.

5. Плешаков А.Л. Атлас-определитель От Земли до неба. – М.: Просвещение, 2011.

6. Савина Л.А. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. – М.: АСТ, 1996.

7. Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 2012.

8.Интернет-ресурсы:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Химические_индикаторы

https://nsportal.ru/sites/default/files/2015/02/28/indikatory_v_nashey_zhizni.docx

http://vsegost.com/Catalog/33/3329.shtml