V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Индикаторы в нашей жизни

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Семяшкин Н.П. 1

---

1МАОУ "Гимназия"

Суслякова Н.А. 1

---

1МАУО "Гимназия"

Работа в формате PDF

289.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Когда у меня появился набор «В поисках энергии», я впервые увидел, как выглядит известный всем школьникам индикатор, который называется лакмус. Мне стало интересно, что представляет собой лакмусовая бумажка. Оказалось, что лакмус является индикатором, и при взаимодействии с кислотной или щелочной средой меняет свой цвет. Поэтому индикаторы используются для определения реакции среды (кислая, щелочная или нейтральная).

Индикаторы широко используют в химии, в том числе и в школе. Мне захотелось выяснить, какими бывают индикаторы? Из чего делают индикаторы? Можно ли приготовить индикаторы в домашних условиях? С преподавателем по химии мы решили исследовать эту тему и провести нужные опыты.

Актуальность темы заключается в том, в основном для определения среды жидкости используются химические индикаторы, изготовленные на производстве. Нас заинтересовал вопрос, можно ли самостоятельно изготовить индикаторы, которые могут быть применены в домашних условиях.

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

Цель работы: Изучить действие химических и 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.

Основная часть

1. История открытия индикаторов.

Впервые вещества, меняющие свой цвет в зависимости от среды, обнаружил в XVII веке английский химик и физик Роберт Бойль¹.

В лаборатории горели свечи, в ретортах что-то кипело, когда некстати зашел садовник. Он принес корзину с фиалками. Бойль очень любил цветы, но предстояло начать опыт. Он взял несколько цветков, понюхал и положил их на стол. Опыт начался, открыли колбу, из нее повалил едкий пар. Когда же опыт кончился, Бойль случайно взглянул на цветы, они дымились. Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. И темно-фиолетовые лепестки фиалок стали красными. Учёный велел готовить помощнику растворы, которые потом переливали в стаканы и в каждый опустили по цветку. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. И ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какие вещества содержатся в растворе. Затем Бойль заинтересовался, что покажут не фиалки, а другие растения.

Он приготовил для своих опытов водный настой лакмусового лишайника. Склянка, в которой он хранил настой, понадобилась для соляной кислоты. Вылив настой, Бойль наполнил склянку кислотой и с удивлением обнаружил, что кислота покраснела. Бойль на пробу добавил несколько капель настоя лакмуса к водному раствору гидроксида натрия и обнаружил, что в щелочной среде лакмус синеет.

Эксперименты следовали один за другим, проверялись васильки и другие растения, но всё же лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Так, в 1663 году, был открыт первый индикатор для обнаружения кислот и оснований, названный по имени лишайника лакмусом.

В 1667 году Роберт Бойль предложил пропитывать фильтровальную бумагу отваром тропического лишайника – лакмуса, а также отварами фиалок и васильков. Высушенные и нарезанные бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора.

Именно индикаторы помогли ученому открыть новую кислоту - фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде.

Лакмус стал самым древним кислотно-основным индикатором. Надо сказать, что само красящее вещество лакмус был известен ещё в Древнем Египте и Древнем Риме. Его добывали из некоторых видов лишайников, произраставших на скалах Шотландии, и использовали в качестве фиолетовой краски, но со временем, рецепт его приготовления был утерян.

В 1640 году ботаники описали гелиотроп² – душистое растение с темно-лиловыми цветками, из которого тоже было выделено красящее вещество. Этот краситель наряду с соком фиалок тоже стал широко применяться химиками в качестве индикатора, который в кислой среде был красным, а в щелочной – синим.

Позже, в середине XIX века химики научились искусственно синтезировать кислотно–основные индикаторы. Так в 1871 году немецкий химик-органик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии, впервые осуществил синтез фенолфталеина.

В наши дни известны несколько сотен кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных.

2. Классификация индикаторов.

Индикаторы³ (от латинского indicator — указатель) - это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. С помощью индикаторов можно определить среду раствора. Ведь индикаторы меняют цвет в зависимости от того, попали они в кислую, щелочную или нейтральную среду.

Индикаторы бывают природного и химического происхождения. Химические индикаторы делят обычно на несколько групп. В школе используются самые распространенные кислотно – основные индикаторы. Примером может служить может служить общеизвестный индикатор фенолфталеин.

Помимо кислотно-основных известны и другие типы индикаторов: адсорбционные, комплексонметрические, флуоресцентные, изотопные, окислительно-восстановительные и прочие.

Кислотно-основные индикаторы – индикаторы, изменяющие цвет в зависимости от кислотности раствора.

Окислительно-восстановительные индикаторы – индикаторы, которые изменяют свой цвет в зависимости от того, что присутствует в растворе окислитель или восстановитель.

Комплексонометрические индикаторы – вещества, образующие с ионами металлов окрашенные комплексные соединения.

Адсорбционные индикаторы - вещества, которые адсорбируются на поверхности осадка, изменяя его окраску.

Флуоресцентные индикаторы – индикаторы, которые светятся (флуоресцируют) разным цветом в зависимости от рН раствора. Свечение индикатора не зависит от прозрачности и собственной окраски раствора.

Характер среды имеет большое значение в химических и биологических процессах. В зависимости от типа среды эти процессы могут протекать с различными скоростями и в разных направлениях. Среду исследуемого раствора можно приблизительно определить по окраске индикаторов.

Больше всего распространены индикаторы лакмус, фенолфталеин и метилоранж.

Самым первым появился лакмус⁴C₁₂H₇NO₃. Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь. Это порошок черного цвета, растворим в воде, 95 % спирте, ацетоне, ледяной уксусной кислоте.

Окраска лакмуса в различных средах изменяется следующим образом:

Фенолфталеин⁵С₂₀Н₁₄О₄ (продается в аптеке под названием "пурген") - белый мелкокристаллический порошок, растворим в 95% спирте, но практически не растворим в воде. Применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен.

Метиловый оранжевый⁶, C₁₄H_14N3O₃SNa, - кристаллический порошок оранжевого цвета, умеренно растворим в воде, нерастворим в органических растворителях. Метилоранж действительно оранжевый в нейтральной среде. В кислотах его окраска становится розово-малиновой, а в щелочах – желтой.

В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый⁷ (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – зеленка). В сильнокислой среде его окраска желтая, а в сильнощелочной среде раствор обесцвечивается.

Кислотно-основные индикаторы бывают не только химическими. Они находятся вокруг нас. Когда нет настоящих химических индикаторов, то для определения среды растворов можно успешно применять самодельные индикаторы из природного сырья.

Сырьем могут служить цветы герани, лепестки пиона или мальвы, ирис, темные тюльпаны или анютины глазки, а также ягоды малины, черники, черноплодной рябины, соки вишни, смородины, винограда, плоды крушины и черемухи.

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, антоцианы⁸. Слово «антоциан» произошло от греческого «антос» (цветок) и «циано» (синий, сиреневый). Уже по названию видно, что слово обозначает цветное вещество или краситель.

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, черешне, малине, диком чёрном рисе, 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 созревании плодов, отцветания цветков и увядании листьев.

Обычный чай – тоже индикатор. Если в стакан с крепким чаем капнуть лимонный сок или растворить несколько кристалликов лимонной кислоты, то чай сразу станет светлее. Если же растворить в чае питьевую соду, раствор потемнеет (пить такой чай, конечно, не следует). Чай же из цветков каркаде дает намного более яркие цвета.

Индикатором являются и обычные чернила, которые под влиянием кислоты изменяют окраску с фиолетовой на зеленую, и вновь приобретают фиолетовую окраску при нейтрализации кислоты

3. Роль природных индикаторов в нашей жизни.

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

В растениях много природных пигментов, природных индикаторов, большая часть которых относится к антоцианам. 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.

Природные индикаторы находят применение во многих областях человеческой деятельности: в медицине и экологии, в сельском и народном хозяйстве, в пищевой промышленности и в быту. Антоцианы применяются в косметике, в производстве пищевых продуктов. Красящие вещества растений обладают многообразными лечебными эффектами и благотворно влияют на организм человека. Антоцианы являются мощными антиоксидантами, которые сильнее в 50 раз витамина С. Они способствуют быстрому выведению радиоактивных элементов из организма, оказывают защитное действие на сосуды, помогают снизить уровень сахара в крови, улучшают память. Поэтому овощи и фрукты ярких цветов считаются полезными для организма.

В сельском хозяйстве антоцианы применяются для определения кислотности почвы, ведь от неё зависит урожайность.

Индикаторы помогают определять среду растворов различных средств бытовой химии и косметических средств, удалять пятна растительного происхождения. Даже дома на кухне мы применяем свойства растительных индикаторов – добавляем кислоту для цвета борща. А йодом можно проверить натуральность сметаны.

Практическая часть.

В качестве природных индикаторов были отобраны ягоды клюквы, чёрной смородины, малины, моркови, свеклы, клубники, раствор приправы карри, черный чай (приложение 1).

Определение наличия антоцианов в исследуемых объектах.

Исследуемый материал порезать или потереть, затем прокипятить, так как это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду.

Растворы наливают в прозрачную посуду и добавляют в одну порцию раствор соды, а в другую наливают уксус. Если окраска изменится под их воздействием, значит, продукты содержат антоцианы и они особенно полезны.

Результаты определения занесены в таблицу (приложение 2).

Опыт 1. Методика изготовления индикаторов из природного сырья

Цель: приготовление вытяжки антоцианов.

Чтобы изучить свойства природных индикаторов мы выбрали несколько известных растений, которые содержат антоцианы. Для проведения опытов сделали отвары из клюквы, чёрной смородины, малины, моркови, свеклы, клубники, раствор приправы карри, заварили пакетик чая.

Ход опыта: Для приготовления отваров брали 200 грамм растительного сырья, морковь и свеклу нужно было натереть на тёрке, наливали в кастрюльку воды, закладывали растительное сырьё и кипятили в течении одной минуты.

Наблюдение: происходит окрашивание раствора.

Вывод: Цвет раствора убеждает в том, что антоцианы – водорастворимые пигменты.

Получив растворы индикаторов, мы проверили, какую окраску они имеют в разных средах.

Опыт 2 Исследование чувствительности растворов растительных индикаторов на изменение рН среды.

Цель: выяснить, какие природные индикаторы обладают высокой чувствительностью.

Оборудование: образцы природных индикаторов используемых в предыдущих опытах, щелочной раствор соды, уксусная кислота; пробирки.

Ход опыта: Во все образцы добавляем кислоту и раствор соды.

Наблюдение: Из растительных индикаторов наиболее контрастные изменения получены у клюквы, чёрной смородины, краснокочанной капусты.

Выводы: при анализе полученных результатов мы увидели, что все полученные отвары растений, кроме отвара моркови изменяли цвет, реагируют на ту или иную среду.

Лучшие результаты показали отвары чёрной смородины, малины, клюквы, чай и сок листка орхидеи.

Опыт 3. Определение рН среды пищевых продуктов.

Цель: с помощью полученных индикаторов исследовать кисло-молочные продукты.

Оборудование: образцы молока, сметаны, отвары чёрной смородины, малины, клюквы, чая, сок листка орхидеи, универсальная индикаторная бумагу, пробирки.

Ход опыта: В образцы молока и сметаны добавляем растительные индикаторы.

Наблюдение: Результаты наблюдений занесены в таблицу (приложение 3). Вывод: После проведения опыта было выявлено, что среда сметаны является кислотной, а среда молока – нейтральной.

Опыт 4. Вода и сок в одной бутылке (химические индикаторы).

Цель: использование индикаторов для проведения занимательных опытов

Оборудование: химические стаканы, фенолфталеин, растворы пищевой соды и уксусной кислоты.

В три стакана на дно наливаем растворы фенолфталеина, пищевой соды и уксусной кислоты. Наливаем в 1 стакан воду – она прозрачная и бесцветная, переливаем жидкость из 1 стакана во 2 – раствор становится малиновым, переливаем в 3 - раствор снова бесцветный.

Фенолфталеин краснеет в щелочах и солях с преобладающими щелочными свойствами. Сода (двууглекислый натрий) как раз и есть такая соль. Она образована очень слабой угольной кислотой и сильной щелочью – едким натром. Кислоты разрушают эту окраску, поэтому при переливании окрасившегося от соды раствора в стакан с уксусной кислотой он снова обесцветился.

Вывод: фенолфталеин применяется в химических лабораториях, служа для указания появления и исчезновения щелочной реакции растворов. Как и лакмус, он, следовательно, является химическим индикатором.

Выводы:

Изучив литературу по теме, мы самостоятельно изготовили индикаторы из растительного сырья в домашних условиях. Оказалось, что чаще всего используемые индикаторы относятся к кислотно-основной группе индикаторов. И они необходимы для определения среды растворов. Так как, попадая в кислую или щелочную среду, индикаторы меняют свой цвет.

В растениях существуют особые вещества – пигменты, которые отвечают за окраску растений. К ним относятся антоцианы. Растения с этими веществами могут проявлять свойства кислотно-основных индикаторов. Приготовив природные индикаторы, мы убедился в этих свойствах некоторых растений. В результате эксперимента мы узнали, что почти все вещества, из приготовленных нами в домашних условиях (клюква, чёрная смородина, малина, свекла, клубника, приправа карри, чай), можно использовать как индикаторы. Но отвар из моркови нежелательно использовать как индикатор, потому что его изменения незначительны.

Природные индикаторы также точны, как и химические. Самые лучшие результаты были получены при помощи чёрной смородины, малины, клюквы, чая и сок листка орхидеи.

Природные индикаторы имеют короткий срок хранения, но зато они безопасны и могут быть изготовлены в домашних условиях.

Индикаторы имеют большое значение. Ведь при помощи их можно определить кислотность продуктов, что я и сделал во втором опыте, определяя кислотность сметаны и молока, а значит можно проверить натуральность продукта, и тем самым обезопасить себя от подделок. Можно определить кислотность почвы для повышения её урожайности.

Заключение

Проведя исследовательскую работу, мы пришли к следующим выводам:

- многие природные растения обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, способных изменять свою окраску в зависимости от среды, в которую они попадают;

- растворы растительных индикаторов можно использовать, например, в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов пищевых продуктов в домашних условиях;

По результатам моего исследования были доказаны индикаторные свойства исследуемых объектов. Наблюдается следующая закономерность – все данные природные объекты в кислотной среде преимущественно окрашиваются в красный цвет, а в щелочной среде – в зелено-желтый. И это доказывает, что они действительно содержат антоцианы. Данное исследование нам показало, что в природе существуют такие растительные объекты, которые меняют свою окраску в зависимости от кислотности среды. Поэтому мы можем назвать их природными индикаторами. Изучая данную тему, я узнал много новой и полезной информации для себя. Мне было интересно и познавательно заниматься данным исследованием. Я буду продолжать изучать различные темы и проводить опыты, ведь химия – очень интересная наука!

Приложение 1

Отвары природных индикаторов

Приложение 2

Изменение окраски природных индикаторов

Приложение 3

Результаты изучения рН пищевых продуктов

Список используемой литературы

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

2. Байкова В.М. Химия после уроков. - Петрозаводск: Карелия, 1984.

«Индикаторы из местного растительного материала», «Химия в школе», 1984, №1.

3. Леенсон И.А. Занимательная химия. - М.: РОСМЭН, 2001.

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

5. Научно – практический журнал «Химия для школьников», №4, 2007.

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

7. Синадский Ю. В. Целебные травы / Ю.В. Синадский, В.А. Синадская М: Педагогика, М. 1991.- 287с.

8. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. – М.: Дрофа, 2002.

9. Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982.

10. Интернет-ресурсы

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

2 Синадский Ю. В. Целебные травы / Ю.В. Синадский, В.А. Синадская М: Педагогика, М. 1991.- 287с.

3 Интернет-ресурсы.

4 Интернет-ресурсы.

5 Интернет-ресурсы.

6 Научно – практический журнал «Химия для школьников», №4, 2011

7 Интернет-ресурсы.

8 Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982.

15