XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование природных индикаторов в школьной химической лаборатории

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Дарханова А.А. 1

---

1МБОУ Аларская СОШ

Аюшеева О.С. 1

---

1МБОУ Аларская СОШ

Работа в формате PDF

519.9 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Природа – удивительное творение Вселенной. Мир природы красив, таинственен и сложен. Этот мир богат разнообразием фауны и флоры. Данная работа посвящена уникальным свойствам растений, которые не перестают удивлять человечество. Мы углубимся в их внутренний мир, установим их связь с такими науками как химия, биология и даже медицина.

Индикаторы в химии (лат. Indicator- указатель) — вещества, изменяющие свой цвет в присутствии тех или иных химических соединений в исследуемой среде (в растворе, в воздухе, в клетках, в тканях), а также при изменении pH или окислительно-восстановительного потенциала среды; широко применяются в биохимических, клинических и санитарно-гигиенических лабораториях.

Характер среды раствора имеет большое значение при протекании химических и биологических процессов. В зависимости от реакции среды эти процессы могут идти с разными скоростями и в разных направлениях. По этой причине определение pHжидкостей имеет важное значение в медицинской диагностике, научных исследованиях, промышленном производстве, сельском хозяйстве.

В медицинской практике значение pH крови, мочи, желудочного сока определяют для диагностики многих заболеваний. Если в анализах значение pH отличается от нормы, то можно предположить, что в организме происходят нежелательные процессы.

Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких или газообразных сред, следить за изменением их состава, или за протеканием химической реакции. Индикаторы, удовлетворяющие ряду требований (высокоесветопоглощение индикатора; контрастный переход окраски; узкая область перехода окраски), применяются для фиксирования конца титрования.

Актуальность: Технологическая деятельность человека увеличила содержание вредных веществ в окружающей среде. Это повлекло за собой изменение pH природных растворов, определение рН имеет важное значение, поэтому широко используются химические индикаторы. Нас заинтересовал вопрос, можно ли самостоятельно изготовить индикаторы, которые могут быть применены в домашних условиях.

Цель работы: Изучить действие природных индикаторов в различных средах.

Гипотеза: Если растворы растительных индикаторов можно приготовить самостоятельно, то их можно применять в домашних условиях для определения среды некоторых(бытовых) жидкостей.

Объект исследования: Природные индикаторы.

Предмет исследования: Изменение цвета природных индикаторов в различных средах.

Задачи:

- Изучить литературные источники по теме;

- Ознакомиться с классификацией индикаторов;

- Научиться изготавливать индикаторы из растительного сырья;

- Исследовать действие природных индикаторов в различных средах.

Методы исследования:

-Накопление теоретического материала;

-Проведение опытно-экспериментальной деятельности с целью получить индикаторы;

-Анализ полученных индикаторов.

Глава 1. Химические и природные индикаторы.

1.1 Понятие об индикаторах.

Индикаторы — вещества, которые, изменяя цвет позволяют точнее установить момент эквивалентности между титруемыми растворами.

Различают две группы индикаторов в зависимости от их применения: внутренние и внешние. Главным образом пользуются внутренними индикаторами, т. е. такими, которые вводят непосредственно в исследуемый раствор. Внешние индикаторы отличаются от внутренних тем, что их нельзя прибавлять в титруемую жидкость, так как между индикатором и титруемым веществом происходит реакция, мешающая точно установить точку эквивалентности между титруемыми растворами. Применяя внешний индикатор в процессе титрования, следует периодически брать каплю титруемого раствора стеклянной трубочкой с оттянутым в капилляр кончиком и смешивать с раствором индикатора на белой фарфоровой пластинке. Иногда каплю исследуемого раствора наносят на фильтровальную бумагу, предварительно смоченную раствором этого же индикатора и затем высушенную. Эта капля собирается на небольшом, участке фильтровальной бумаги. Полученное при этом окрашенное пятно рельефно выделяется.

Индикатор может представлять собой обратимую систему, изменяющуюся в ту или иную сторону по мере изменения того или иного физико-химического параметра. Например: концентрации определяемого вещества, pH раствора, окислительно-восстановительного потенциала и т.п. Такого рода индикаторы называют обратимыми. К ним, например, относятся кислотно-основные индикаторы, применяемые в методе нейтрализации; эти индикаторы способны менять свою окраску практически любое число раз по мере изменения в зависимости от кислой или щелочной реакции среды.

Известны также и необратимые индикаторы, с помощью которых возможно наблюдать конечную точку титрования только один раз, что обусловливается необратимым изменением химического состава и строения индикатора. К числу таких индикаторов относятся многие окислительно-восстановительные индикаторы, которые в процессе окисления—восстановления подвергаются химическому разрушению. Так ведут себя, например, некоторые органические красители.

Индикаторы, образующиеся в процессе титрования. В ряде случаев индикаторного титрования роль индикатора выполняет одно из веществ, принимающих участие в реакции или образующихся в процессе титрования. Примерами такого рода титрования являются:

1) титрование восстановителей перманганатом, избыток которого окрашивает титруемый раствор в малиново-красный цвет;

2) титрование броматом в кислом растворе, сопровождающееся при избытке бромата образованием элементарного брома, окрашенного в желто-бурый цвет;

3) титрование иодатом в концентрированном солянокислом растворе, сопровождающееся выделением элементарного иода и последующим его обесцвечиванием при избытке иодата.

Окислительно-восстановительные, или редоксиндикаторы, представляют собой органические красители, цвет которых в окисленном и восстановленном состоянии различен. Такие индикаторы применяют при оксидиметрическом титровании, а также для колориметрического определения величин окислительно-восстановительных потенциалов жидкостей, отдельных клеток и тканей в цитохим, и цитол, лабораториях. Большинство редокс-индикаторов при восстановлении превращается в бесцветные соединения, а при окислении окрашивается.

1.2 Индикаторы в природе.

С древности люди уделяли большое внимание наблюдениям за природой. И в наше время ученые многих стран все больше и больше стали обращаться к природным индикаторам.

Пигменты многих растений способны изменять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока. Поэтому растительные пигменты являются индикаторами, которые можно применять для исследования кислотности других растворов. Общее название природных пигментов флавоноидысоответственно определяющие желтую, оранжевую, красную, синюю, фиолетовую окраску растений.

Антоцианы – это природные пигменты из группы флавоноидов.

Известно большое количество объектов, богатыми антоцианами. Это малина, клубника, земляника, вишня, слива, краснокочанная капуста, черный виноград, свекла, черника, голубика, клюква и многие другие.

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

Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р.Вильштеттером. Первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р.Робинсоном. Антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами: в нейтральной среде приобретают пурпурную окраску, в кислой среде – красный цвет, в щелочной среде – зелено-желтый цвет.

Антоцианы очень часто определяют цвет лепестков, плодов и осенних листьев. Они обычно придают фиолетовую, синюю, коричневую, красную окраску. Растения с повышенной концентрацией антоцианов популярны вландшафтном дизайне.

К сожалению, почти у всех природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся – скисают или плесневеют.

Другой недостаток – слишком широкий интервал изменения цвета. При этом трудно или невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной.

Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких сред, следить за изменением их состава или за протеканием химической реакции.

Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витаминомР, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Антоцианы требуются клеткам головного мозга, улучшают память.

Антоцианы – мощные антиоксиданты, которые сильнее в 50 раз витамина С. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Наибольшая концентрация антоцианов содержится в чернике.

Поэтому препараты, содержащие чернику, наиболее востребованы в медицине.

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

Каротиноиды (от латинского слова «морковь») – это природные пигменты от желтого до красно-оранжевого цвета, синтезируемые высшими растениями, грибами, губками, кораллами.Каротиноиды представляют собой полиненасыщенные соединения, в большинстве случаев содержат в молекуле 40 атомов углерода. Эти вещества неустойчивы на свету, при нагревании, при действии кислот и щелочей. Из растительных материалов каротиноиды могут быть выделены экстракцией органическими растворителями.

Глава 2. Исследование природных индикаторов.

2.1 Приготовление природных индикаторов из растительного сырья.

Зная о способности антоцианов изменять свою окраску в различных средах, можно доказать их присутствие или опровергнуть. Для этого необходимо исследуемый материал порезать или потереть, затем получить водную вытяжку, так как это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Растворы наливают в специальную посуду и добавляют в раствор щелочи, в раствор кислоты. Если окраска изменится под их воздействием, значит продукты содержат антоцианы и они особенно полезны.

Для проведения опытов мы использовали следующие материалы и оборудование: стаканы, воронки, пробирки, ступки с пестиками, воду, растворы гидроксида натрия и соляной кислоты, растворы солей,растворы шампуня и жидкого мыла , лимонного сока , цифровая лаборатория «Архимед»

В качестве природных индикаторов для исследования были взяты: ягоды облепихи, сухие лепестки герани, розы, бархатцев, лук батун. Также реактивы , 5% -ныерастворы щелочи и кислоты: NaOН и HCl , бытовые растворы

Все ингредиенты растёрли в ступке, затем из них получилифильтрованием водную вытяжку. Весь химический эксперимент проводился в школьном кабинете химии.

В исследуемые растворы добавляли поочередно капли предполагаемых природных индикаторов и отмечали окраску.

2.2 Исследование изменения окраски природных индикаторов в различных средах.

Результаты исследований:

В результате эксперимента мы убедились, что не все образцы, из приготовленных нами, можно использовать как индикаторы. Например, вытяжку из лука батуна и бархатцев нежелательно использовать как индикатор, потому что их изменения незначительны. В тоже время вытяжки из сухих лепестков роз, герани, вишни и облепихи проявляют ярко выраженные индикаторные свойства.

Заключение

Эта работа оказалась очень интересной и полезной. Вызывает желание узнать и получить больше информации об использовании растений. В результате было доказано, что многие растения,содержащиеантоцианы, могут являться природными индикаторами. Их можно использовать как в быту, так и в химии для исследований. А еще узнали при изучении научной литературы, что поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Антоцианы требуются клеткам головного мозга, улучшают память. Многие исследования ученых подтвердили пользу антоцианов для зрения.

Содержание антоцианов мы определяли с помощью колориметра, среду бытовых растворов датчиком рН ЦЛ «Архимед»

Выводы к работе:

1. Многие растения содержат антоцианы, благодаря которым они могут являться природными индикаторами.

2. В кислой среде окраска растворов растительного сырья изменяется незначительно, преобладает розовато-красная окраска; в щелочной среде все образцы растительных препаратов меняют свою окраску.

3. Исследуемые растения могут быть использованы для химических экспериментов.

4. Природные индикаторы применяются во многих сферах человеческой деятельности. Антоцианы обладают лечебными свойствами. В сельском хозяйстве используются для определения химического состава почвы.

5. Растительные индикаторы доступны, безопасны в использовании, экономичны. Их эффективность зависит от содержания антоцианов, определяемых по оптической плотности растворов .

Список литературы

1.Габриелян О.С. 10 кл. Учебник органической химии-М.: Просвещение.2020

2.Ветчинский К.М. Растительный индикатор- М.: Просвещение.2012

3.Вронский В.А. Растительный индикатор- СПб.: Паритет.2004

4.Галин Г.А. Растения помогают геологам-М.: Наука. 2009

5.Зацер Л.М. К вопросу об использовании растений-индикаторов в химии-М.: Наука.2001

6.Соколов В.А. Природные красители-М.: Просвещение.2008

Приложение