XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Использование краснокочанной капусты в качестве индикатора для определения рН веществ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Власова К.Д. 1

---

1ГБОУ Школа №1287

Паршина О.А. 1

---

1ГБОУ Школа №1287

Работа в формате PDF

418 KB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Практически каждый день появляются все новые и новые средства, помогающие нам в быту. Однако ни на одной из этикеток, исследованных нами веществ, не было указано значение рН. Поэтому каждому человеку нужно уметь самостоятельно определять опасные для своего здоровья вещества. И для этого необязательно обращаться в химическую лабораторию. Зная основы химии, можно изучать свойства веществ в домашних условиях. Совсем несложно определить характер среды раствора того или иного вещества с помощью индикаторов, приготовленных из растений.

Индикатор (от английского indicator -указатель) -это сложные органические вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. В быту есть фрукты и овощи, содержащие вещества, из которых можно изготавливать индикаторы: морковь, свекла, краснокочанная капуста.

Проблема исследования: возможно ли определить среду растворов, применяемых в быту, используя в качестве индикаторов природные объекты растительного происхождения. Можно ли с помощью капустного отвара в домашних условиях определять рН веществ, которые мы часто используем, насколько они безопасны для нашего организма.

Гипотеза исследования: если вещества, содержащиеся в краснокочанной капусты, изменяют цвет в различных средах, то их можно использовать в качестве индикаторов для определения рН веществ.

Цель работы: изучить свойства краснокочанной капусты, опытным путем доказать, что в домашних условиях можно приготовить индикатор из листьев краснокочанной капусты и исследовать изменение окраски антоциана в зависимости от среды растворов.

Задачи:

приготовить индикатор в домашних условиях;

изучить изменение окраски индикатора (антоциана) в различных средах;

исследовать среду в растворах уксуса, соды, бытовой химии.

Методы исследования:

-теоретические исследования с помощью соответствующей научно-популярной литературы и ресурсов Интернет;

- экспериментальные исследования изменений окраски приготовленного раствора индикатора в зависимости от среды растворов, применяемых в быту;

- визуальные наблюдения с последующим выполнением фотографий, записью видео.

Актуальность работы заключается в том, что свойства растительных объектов, содержащиеся в овощах и фруктах, могут быть использованы для определения среды различных растворов, используемых в быту.

Предмет исследования: раствор сока краснокочанной капусты

Теоретическая часть

1.1. Природные красители Антоцианы

С развитием химии природные красители стали вытесняться синтетическими. В наши дни насчитывается более 15000 красителей самых различных оттенков, принадлежащих к разным классам соединений.

В быту встречаются вещества, природного происхождения, благодаря которым можно изготавливать индикаторы: свекольный сок, морковный сок, ягоды малины и черники и многое другое. Одним из природных красителей является краснокочанная капуста, которая отличается от своих «собратьев» красно-фиолетовой окраской листьев. За красно-фиолетовый цвет отвечает особое вещество - антоциан. 

Антоциан - это природный пигмент из группы флавоноидов, растворенный в клеточном соке растения, придающий окраску от красной до фиолетовой, обладающий полезными свойствами. В настоящее время научный интерес к изучению пигментов антоцианов продолжает усиливаться, так как они обладают антиоксидантными, противовоспалительными и защитными

Антоцианы - хорошо растворимые вещества и при приготовлении отвара из листьев или цветков легко переходят в раствор. При попадании в кислую или щелочную среду они изменяют свой цвет. То есть по изменению цвета можно установить среду того или иного раствора. Зная о способности антоцианов изменять свою окраску в различных средах, можно доказать их присутствие в том или ином растении. Антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами: в нейтральной среде приобретают фиолетовую окраску, в кислой среде – красный цвет, в щелочной среде – зеленый цвет.

Для этого нужно часть растения измельчить, залить водой, затем прокипятить и профильтровать. К одной части полученного отвара добавить раствор соды, а к другой - уксус. Если окраска изменится, значит продукты содержат антоцианы. И их отвар можно использовать для определения среды раствора. Так в краснокочанной капусте найдено 36 различных антоцианов. Но у природных индикаторов есть недостаток: их отвары довольно быстро портятся – скисают или плесневеют. Опыт показал, что содержание антоцианов при хранении снижается.

В зависимости от кислотности среды (pH) антоцианы могут изменять окраску: красно-фиолетовый антоциан, выделенный из краснокочанной капусты:

Антоцианы придают фиолетовый, синий, коричневый, красный или оранжевый цвета плодам. Такое многообразие объясняется тем, что цвет изменяется в зависимости от баланса кислот и щелочей:

Вывод: так-как антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами, то их можно применять как индикаторы для распознания кислотной, щелочной или нейтральной среды, как в химии, так и в быту.

1.2. Индикаторы

Слово «Индикаторы»- в переводе с латинского языка означает «указатели». Это вещества, которые меняют свою окраску зависимости от характера среды раствора.

Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский ученый Роберт Бойль. Это открытие произошло случайно. В своей лаборатории Роберт Бойль собирался проводить опыты по получению серной кислоты, как неожиданно вошел садовник, поставил в углу корзину с темно-фиолетовыми фиалками и удалился. Бойль очень любил цветы и захватил с собой в лабораторию небольшой букетик. Помогая своему лаборанту налить кислоту,

Бойль положил цветы на стол, и на них случайно попали капли кислоты, ученый решил спасти цветы, промыв их водой и через некоторое время заметил, что темно-фиолетовые лепестки стали красными. Тогда ученый начал проводить исследования и обнаружил, что и другие кислоты окрашивают лепестки фиалки в красный цвет. Он предположил, что если сделать из листков фиалки настой и добавить его к какому- ни будь раствору, то можно определить кислый он или нет. Роберт Бойль стал изучать, а как поведут себя другие растения в кислой среде. Самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из лакмусового лишайника, который растет на скалах в Шотландии. Кислоты изменяли его в красный, а щелочи в синий цвет. Роберт Бойль решил пропитать этим раствором бумагу. Высушив ее, он получил первую лакмусовую бумагу. Эту хитрую бумагу Бойль и назвал индикатором.

Так появился самый первый индикатор - лакмус. Кроме лакмуса были получены и другие индикаторы - фенолфталеин, который применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен.

Метилоранж, или, «метиловый оранжевый», оранжевый в нейтральной среде, в кислотах его окраска делается розово – малиновой, а в щелочах - желтой. Все эти три индикатора есть в каждой школьной лаборатории. В школе также есть и универсальный индикатор, получаемый из смеси нескольких индикаторов.

1.3. Индикаторы: как они работают и где применяются?

Индикаторы – это вещества, способные менять цвет под воздействием кислот или щелочей. Они играют важную роль в химии и находят широкое применение в лабораториях, медицине, пищевой промышленности и других отраслях.

Основная идея индикаторов заключается в том, что они реагируют на изменение pH среды. pH – это параметр, характеризующий кислотность или щелочность раствора. Под действием кислоты pH снижается, а под действием щелочи – повышается. Индикаторы, присутствующие в растворе, меняют свой цвет в зависимости от того, какой pH они обнаруживают.

Один из самых известных индикаторов – это индикатор универсальный (или универсальный индикатор). Он состоит из смеси нескольких индикаторов, которые обнаруживают широкий диапазон pH значений. Индикатор универсальный используется для определения pH воды или других растворов, а также для контроля качества и настройки приборов в лаборатории.

Другие индикаторы имеют более узкий диапазон pH, например, фенолфталеин обнаруживает только щелочность, а лакмус – только кислотность. При этом, кислотность и щелочность, взаимно дополняют друг друга.

В пищевой промышленности и медицине, индикаторы используются для определения кислотности продуктов, включая сок, мармелад, маринады и напитков, таких как кефир, йогурт, квас.

Индикаторы также используются в производстве текстиля и кожи. Они могут помочь определить химический статус и готовность красителей, ускоряют процесс окраски, обеспечив списание лишних веществ и качественных характеристик тканей.

Также, индикаторы могут использоваться в сельском хозяйстве, для определения качества почвы и воды, а также для контроля физических свойств сырья в предприятиях.

Индикаторы могут быть мощным инструментом в практике химии и кроме того, открывают возможности в разных отраслях. Регулярное и точное использование индикаторов поможет получить более точные результаты и рациональное применение в производстве продуктов для людей и животных.

1.4. Краснокочанная капуста – природный индикатор

Некоторые ягоды могут служить индикаторамимало кто знает, что чай – это тоже индикатор (но не лучший).

Краснокочанная капуста - тоже индикатор. Это разновидность капусты белокочанной. Красно-фиолетовую окраску придает ей пигмент антоциан. Краснокочанная капуста была выведена селекционерами в XVI веке в Западной Европе. При добавлении кислоты (например, уксуса) эта капуста приобретает малиновый цвет, а щелочи (соды) зеленеет. Такое изменение окраски в старину считали колдовским, поэтому краснокочанную капусту называли «волшебным растением» или «синей капустой». В Древнем Риме ее сок использовали при туберкулезе легких, кашле, осиплости голоса. В Россию она была завезена в XVII веке и тогда появляется первое упоминание о ней как о целебном растении. В уже называемом нами русском травнике

«Прохладный вертоград» «синюю капусту» рекомендуют для отделения мокроты и при лечении внутренних органов и фурункулеза.

Ботаническое описание

Капуста краснокочанная — двулетнее растение. В первый год жизни образует укороченный стебель (кочерыгу) с крупными, простыми, цельными, сидячими или черешковыми листьями. Форма листа округлая, овальная или почковидная. Кочаны плотные, в основном округлые, овальные, плоскоокруглые, реже — конусовидные, массой 1,0—3,2 кг (в зависимости от сорта). Стебель и междоузлия очень укорочены, корень мощный, разветвленный. Семена формирует на второй год жизни. Плод — стручок, достигающий 8—12 см в длину. Семена округлые, коричневато-бурой окраски. Окраска как наружных (кроющих), так и внутренних листьев светло-, темно-фиолетовая или красно-фиолетовая.

Биологические особенности

Вегетационный период у краснокочанной капусты длится 105—200 дней (в зависимости от сорта). Это холодостойкая культура. Оптимальная температура для роста и развития растений 15—17 °С. Закаленная рассада выдерживает кратковременные заморозки -5...-8 °С; взрослые растения -7...-8 °С. Растение очень светолюбивое. Культура требовательна к влажности почвы. Почвы любит легкие, окультуренные, плодородные, водопроницаемые, рН не ниже 5,5 и не выше 7,0- Кислые почвы не пригодны для выращивания этой капусты.

Агротехника и размножение

Выращивают краснокочанную капусту рассадным способом или непосредственным посевом семян в грунт по той же технологии, что средне- и позднеспелые сорта белокочанной капусты. В период роста и развития листьев (пока они не сомкнутся в междурядьях) следят, чтобы не пересыхала почва. Она должна быть влажной, но не мокрой. Поливают растения по мере надобности — один раз в неделю или в две недели. Уход заключается в своевременном удалении сорняков и рыхлении почвы. При третьем рыхлении почвы растения окучивают. Уборку начинают, когда кочаны достигают характерных для сорта окраски и размера. Созревшие кочаны краснокочанной капусты хорошо хранятся в подвале или сарае 3—5 месяцев.

 Состав краснокочанной капусты

В кочанах краснокочанной капусты содержится 3,7—4,0% Сахаров, 0,7% крахмала, 0,5% клетчатки, 2,0% протеина, много ценных минеральных веществ (280—302 мг калия, 50 мг кальция, 4 мг натрия, 0,5 мг железа), а также богатый набор витаминов: С, B1, В2, В6, В9, PP. Особенно ценно то, что в ней повышенное содержание белка, витаминов: С (40—60 мг%), РР (20,0 мг%), Вэ (80,0 мг%).

Практическая часть

Оборудование:

Сок краснокочанной капуста, вода (кипяченная), раствор мыла, раствор уксуса, раствор соды, бумага фильтровальная, химические стаканы, ложечка, воронка, коническая колба.

Опыт 1. Приготовление вытяжки растительных пигментов (Рис.1.2)

Ход выполнения:

• 50г исследуемого материала (краснокочанная капуста) нарезала на мелкие кусочки, затем залила 200 мл горячей кипяченной водой, так как это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Это и есть кислотно-щелочной индикатор растительной природы (антоциан).

• Полученный раствор охладила. С помощью бумажного фильтра провожу фильтрование, отделяя капусту от ее раствора. Перелила полученный фильтрат в колбу.

ВЫВОД: в этом растении есть антоцианы и его отвар можно использовать как индикатор. Я решила использовать для изучения отвар краснокочанной капусты, так как цвет этого отвара особенно красивый.

Чтобы узнать, как отвар служит индикатором на ту или иную среду, и как изменяется его цвет, надо провести исследование. Кислым раствором служил столовый уксус, щелочным - раствор пищевой соды, нейтральным - раствор шампуня.

Опыт 2. Изменение окраски индикаторов в кислой среде

К полученному отвару добавила уксус – цвет изменился.

ВЫВОД: в кислой среде раствор стал красного цвета

Опыт 3. Изменение окраски индикаторов в щелочной среде

К полученному отвару добавила соду – цвет изменился

ВЫВОД: в умеренно-щелочной среде раствор стал зеленого цвета.

Опыт 4. Изменение окраски индикаторов в нейтральной среде(Рис.5)

К полученному отвару добавила шампунь – цвет не изменился

ВЫВОД: в нейтральной ной среде раствор не поменял цвет, остался фиолетовый.

Опыт 5. Изменение окраски пигмента, выделенного из краснокочанной

капусты в различных средах с помощью таблицы для определения pH веществ

Опыты с бытовой химией. Я выбрала самые распространенные стиральные порошки, зубные пасты, моющие средства по очереди добавляла их в капустный индикатор (1 чайную ложку на 50 мл. раствора )

Наблюдала изменения цвета и сравнивала его с таблицей цветов рН капустного индикатора. (Приложение (Рис.3)

Результат занесла в таблицу (Приложение Таблица №1)

Вывод: учитывая, что pH кожи человека - 5,4 наиболее безопасен для рук детский гель для стирки, наиболее подходит для рук мыло Dove его pH - 5,9,

Зубные пасты все неплохие, но, все же ближе к pH ротовой полости SPLAT professional. Из средства для мытья посуды наиболее близко подходит к показателю Pril, хотя все показатели очень близкие.

ВЫВОД: Считаю, что полученный мной индикатор имеет преимущества перед синтетическими, потому что он дешёвый и доступный, но у него есть и существенные недостатки. Основной недостаток природного индикатора – их сезонность и невозможность заготовить впрок: растворы довольно быстро скисают или плесневеют, теряют свои свойства. Другой, но не такой существенный недостаток – слишком медленное, постепенное изменение цвета при добавлении кислоты к щелочному раствору или наоборот. К тому же, трудно бывает отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, резко меняющие свой цвет уже при небольшом изменении кислотности.

Заключение.

В результате исследования получено представление о приготовлении индикатора из краснокочанной капусты, действующим веществом которого является вещество антоциан, об окраске среды данного индикатора в разных средах растворов, применяемых в быту, косметологии.

Я доказала, что в домашних условиях можно приготовить индикатор из объекта растительного происхождения (краснокочанной капусты).

Гипотеза исследования подтвердилась: вещества, содержащиеся в овощах и изменяющие цвет в различных средах, можно использовать в качестве индикаторов и определять среду растворов.

Цель работы достигнута: теоретическим и экспериментальным методами освоена методика, на основе которой приготовлен индикатор (действующее вещество антоциан) из растительного сырья, с помощью которого исследованы среды растворов уксуса, пищевой соды, бытовой химии.

В ходе работы проведено экспериментальное исследование некоторых сред растворов, используемых в быту с помощью самостоятельно приготовленного индикатора.

Знание значений рН растворов веществ важно в жизни человека. Правильно подобранное средство для мытья тела поможет избежать возникновения различных кожных заболеваний. Осторожное применение лекарственных средств, напитков, продуктов используемых для приготовления пищи с кислой реакцией среды позволит избежать гастрита и язвы желудка. Применяя защитные перчатки можно избежать раздражения кожи при применении моющих средств. Определив рН почвы можно решить, что сажать на данном участке, ведь различные растения требуют различной кислотности почвы. И даже уход за рыбками в аквариуме требует знания значения рН в воде аквариума – оно должно быть равно 7, иначе рыбки могут погибнуть.

Определить этот важный показатель можно с помощью самодельных растительных индикаторов. Индикатор на основе отвара краснокочанной капусты достаточно точно укажет нам значение рН, а значит, позволит чувствовать себя уверенней в мире окружающих нас веществ.

Список литературы.

1. «Секрет красного цвета капусты», Материал из Википедии — свободной энциклопедии http://telo-v-delo.ru/zdorovoe-pitanie/kapusta-krasnokochannaya/ 2021г.

2. «Что такое индикатор?», Материал из Википедии — свободной энциклопедии

3. Аликберова Л.Ю., «Занимательная химия »,2-е изд., М.:АСТ, 1997 г.

4. Боннет Б., Кин Д Химия без лаборатории. Увлекательные опыты и развлечения. - М.: «Астрель», 2008,

5. Антоцианы – химическая энциклопедия.www.xumuk.ru/

6. «Возможности использования цифровой лаборатории во внеурочной деятельности» http://www.hse.ru/

Приложение

Рис.1

Рис.2

Изменение цвета отвара краснокочанной капусты в зависимости от рН раствора.

Рис.3

Таблица №1