VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Индикаторы в нашей жизни

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Комаревцев А.С. 1Анисенкова А.П. 2

---

1МАОУ СОШ № 5

2МАОУ СОШ № 5

Комаревцева Т.А. 1

---

1МАОУ СОШ № 5

Работа в формате PDF

6.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

В природе мы встречаемся с различными веществами, которые нас окружают.

Сколько же в мире веществ? Какие они? Зачем они нам нужны и какую пользу приносят?

Нас заинтересовали такие вещества, как индикаторы. Они широко используются в химии. При знакомстве с кислотами и основаниями мы узнали, что при добавлении того или иного индикатора в кислотную или щелочную среду, растворы меняют свою окраску. Поэтому индикаторы используются для определения реакции среды (кислая, щелочная или нейтральная). Соки ярко окрашенных ягод, плодов и цветков обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, т. к. тоже изменяют свою окраску при изменении кислотности среды.

Нас заинтересовал вопрос: какие растения могут использоваться в качестве индикаторов? Можно ли приготовить растворы растительных индикаторов самостоятельно? Пригодны ли самодельные индикаторы для использования в домашних условиях, например, для определения среды продуктов питания или средств бытовой химии с целью выявления их негативного влияния на кожу рук?

Гипотеза: растворы растительных индикаторов можно приготовить самостоятельно и применять в домашних условиях, например, для определения среды раствора моющих и косметических средств, а также продуктов питания.

Цель и задачи работы: Изучить понятие об индикаторах; ознакомиться с их открытием; научиться выделять индикаторы из природных объектов; исследовать действие природных индикаторов в различных средах.

I. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ИНДИКАТОРОВ

Впервые вещества, меняющие свой цвет в зависимости от среды, обнаружил в XVII веке английский химик и физик Роберт Бойль. Он провел тысячи опытов. Вот один из них. 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 – что за чудеса - фиалки, их темно-фиолетовые лепестки, стали красными. Случайный опыт? Случайная находка? Роберт Бойль не был бы настоящим ученым, если бы прошел мимо такого случая. Ученый велел готовить помощнику растворы, которые потом переливали в стаканы и в каждый опустили по цветку. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Наконец, 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. Заинтересовавшись этим, 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 «хитрые» бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора. В 1640 году ботаники описали гелиотроп – 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.

II. ХИМИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ

Слово «индикатор» применяется в разных областях человеческой деятельности – механике, математике, биологии, экологии, экономике, в социальных, общественных науках и прочих.

Индикатор (от латинского indicator — указатель) — это прибор, устройство, информационная система, вещество или объект, отображающий изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта в форме, наиболее удобной для непосредственного восприятия человеком визуально, акустически, тактильно или другим легко интерпретируемым способом. Мы будем рассматривать только химические индикаторы.

Химические индикаторы - это вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок 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.

Больше всего распространены индикаторы лакмус, фенолфталеин и метилоранж.

Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус. Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь. Это порошок черного цвета, растворим в воде, 95 % спирте, ацетоне, ледяной уксусной кислоте. Его основными компонентами являются: азолитмин (C₉H₁₀NO₅) и эритролитмин (С₁₃H₂₂O₆).

Окраска лакмуса в различных средах изменяется следующим образом:

Фенолфталеин С₂₀Н₁₄О₄ (продается в аптеке под названием "пурген") - белый мелкокристаллический порошок, растворим в 95% спирте, но практически не растворим в воде. П рименяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен.

М етиловый оранжевый, C₁₄H₁₄N₃O₃SNa, - 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 настоящее время химики часто пользуются универсальной индикаторной бумагой. В основе - смеси индикаторов, позволяющие определить значение рН растворов в большом диапазоне концентраций (1-10; 0-12). Растворами таких смесей - «универсальных индикаторов» обычно пропитывают полоски «индикаторной бумаги», с помощью которых можно быстро (с точностью до десятых долей рН) определить кислотность исследуемых водных растворов. Для более точного определения полученный при нанесении капли раствора цвет индикаторной бумаги немедленно сравнивают с эталонной цветовой шкалой.

III. ПРИРОДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ

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

Исходным 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, антоцианы. Они имеют (преимущественно) красный цвет в кислой среде и синий или зеленый - в щелочной. Пример:

Именно антоцианы придают разнообразные оттенки розового, красного, голубого и лилового многим цветам, плодам и осенним листьям. Эта окраска часто зависит от рН клеточного содержимого, и потому может меняться при созревании плодов, отцветании цветков и увядании листьев.

Антоцианы - неустойчивые соединения, в клетках растений обычно содержится несколько различных антоцианов, и проявление их связано с химическим составом почвы и возрастом растения.

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 щелочью.

Сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной – на желтый. Зная свойство свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким. Для этого к борщу следует добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты.

Вот список растений, листья или плоды которых можно использовать для приготовления природных индикаторов.

Находясь летом в отпуске, можно засушить лепестки цветов и ягоды, из которых по мере необходимости готовить растворы, и таким образом обеспечить себя индикаторами.

IV. ПРИМЕНЕНИЕ ИНДИКАТОРОВ

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

Как уже было сказано, в растениях очень 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. От кислотности среды зачастую зависит и поведение веществ, и характер реакции.

Природные индикаторы находят применение во многих областях человеческой деятельности: в медицине и экологии, в сельском и народном хозяйстве, в пищевой промышленности и в быту.

Так же антоцианы применяются в косметике, т.к. обладают стабилизирующим эффектом и являются коллагенами и в пищевой промышленности в виде добавки E163 в качестве природных красителей. Они применяются в производстве кондитерских изделий, напитков, йогуртов и других пищевых продуктов.

V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Приготовление природных индикаторов

из растительного сырья

Задачи:

1. Получить природные индикаторы из доступных природных объектов.

2. Составить таблицу изменения цвета для каждого индикатора.

Из литературы мы узнали, что приготовить вытяжку природных индикаторов можно разными способами. Мы выбрали один из них и приготовили индикаторы способом кипячения.

В качестве природных индикаторов были отобраны ягоды черной смородины, ягоды брусники, ягоды клюквы, свекла, морковь, ягоды малины и красной смородины.

1. Изготовление индикаторов.

Для приготовления растительных индикаторов я взял по 50 г сырья, измельчил, залил 100 мл воды и прокипятил в течение 1-2 минут.

Полученные отвары были охлаждены и профильтрованы.

2. Изучение действия индикаторов в различных средах, составление таблицы изменения цвета.

Получив растворы индикаторов, я проверил, какую окраску они имеют в разных средах.

П о несколько капель каждого образца добавлял в растворы соляной кислоты HCl (среда кислая) и гидроксида натрия NaOH (среда щелочная).

Вывод. Все индикаторы изменили свой цвет в кислой и в щелочной среде. Лучше себя показали индикаторы из свеклы, русники, черной смородины и клюквы. Не все вещества обладают ярко выраженными индикаторными свойствами. Например, морковь лучше изменяет свой цвет только в щелочной среде. Все данные исследования внесены в таблицу:

2. Определение среды некоторых средств бытовой химии с помощью полученных индикаторов

Цель: с помощью полученных индикаторов исследовать косметико-гигиенические и моющие средства.

Оборудование: образцы моющих и косметико-гигиенические средств; растительные индикаторы (из малины, красной смородины, черной смородины и свеклы), стеклянные баночки

Ход опыта: Я растворила выбранные образцы моющих средств и средств бытовой химии в воде, и поочередно добавляла к полученным растворам растворы моих индикаторов. Результаты исследований занесены в таблицу.

Результаты исследований:

Средство для мытья посуды и хозяйственное мыло имеют слабо-щелочную среду раствора, поэтому эти средства не должны попадать в глаза и разрушать естественную защиту кожи, так как наша кожа покрыта кислотной мантией и имеет кислую реакцию. При использовании моющих средств, имеющих щелочную среду, мы нарушаем нормальную кислотную среду кожи рук. Для предохранения кожи рук от негативного воздействия таких средств, нужно работать с ними только в перчатках. Шампунь в моей семье правильный, среда его раствора близка к среде кожи головы – он совершенно безопасен.

3. Определение среды растворов некоторых

кисломолочных продуктов

Я проверил реакцию среды кисломолочных продуктов, имеющихся у нас дома. Растворы индикаторов, которые я получил в домашних условиях, я добавил в йогурт, сметану и творожный сыр. Цвет изменился на розовый. Также я решил проверить реакцию с помощью обычной индикаторной полоски. Опустив ее в эти же продукты, я заметил, что бумажка порозовела. Это доказывает наличие кислоты в этих продуктах.

Это молочная и другие органические кислоты, которые усиливают выделение желудочного сока, улучшают функционирование кишечника, нормализуют его микрофлору.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из литературы мы узнали о действиях химических и природных индикаторов в различных средах, т.е. достигли своей главной цели. Узнали, на какие группы делятся индикаторы, как ведут себя в кислотных, основных и щелочных средах. Оказывается, индикаторы можно использовать для различных целей. Например, чтобы отстирать пятно от ягод сначала нужно застирать вещь в кислой среде, а только потом обычным моющим средством. И еще можно использовать индикаторы для того, чтобы с их помощью определить среду моющих средств и выбрать наиболее приемлемое средство.

После проведения ряда опытов мы убедились, что индикаторы в действительности являются веществами, изменяющими окраску при изменении концентрации ионов водорода в растворе, и подтвердили свою гипотезу.

В современном мире при огромнейшем разнообразии химических веществ необходимо знать правила правильного использования этих веществ. Не пренебрегайте инструкцией по применению.

Проведя исследовательскую работу, мы пришили к следующим выводам:

- многие природные растения обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, способных изменять свою окраску в зависимости от среды, в которую они попадают. Это, так называемые, природные индикаторы, ярко окрашенные цветы и плоды растений;

- растворы растительных индикаторов можно использовать, например, в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов гигиенически-моющих средств и качества продуктов в домашних условиях;

- самодельные индикаторы из природного сырья можно применять на уроках химии в школах, если существует проблема обеспечения школы химическими реактивами.

Наконец, некоторые рекомендации:

1. Растительные индикаторы можно использовать и в быту. Сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной – на желтый. Зная свойство свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким. Для этого к борщу следует добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты.

2. Для определения состава лекарств, которые употребляют для лечения, можно использовать природные индикаторы. Многие лекарственные препараты представляют собою кислоты, соли и основания. Изучив их свойства, можно обезопасить себя. Например, аспирин (ацетилсалициловую кислоту) и многие витамины нельзя принимать на голодный желудок, так как кислоты, входящие в их состав, будут повреждать слизистую желудка.

3. Результаты исследовательской работы можно использовать для определения среды различных растворов, например, молочных продуктов, бульонов, лимонада и других, а также для определения кислотности почвы, т. к. в зависимости от этого один вид растений может давать высокий урожай, а другие будут угнетенными.

4. "Народный" способ для определения кислотности почвы. Положите в стеклянную посуду 3-4 листа черной смородины или вишни и залейте их стаканом кипятка. Когда вода остынет, бросьте в нее комочек земли. Если вода покраснеет - почва определенно кислая, посинеет - слабокислая, а если станет зеленой - нейтральная.

5. Моющие средства для посуды имеют щелочную среду и при их применении необходимо использовать резиновые перчатки для защиты кожи рук от негативного воздействия, т. к. щелочная среда разрушает кислотную мантию эпидермиса.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

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

Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. Книга для учащихся, учителей и родителей. – М.: АСТ-ПРЕСС, 1999.

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

Балаев И.И. Домашний эксперимент по химии.(Пособие для учителя) - М.: Просвещение, 1977.

Габриелян О.С. Химия.11 класс. Базовый уровень: учеб.для ОУ. - М.: Дрофа. 2008.

Кременчугская М. Химия. – М.: Филологическое общество «Слово»,1995.

Крешков А.П. Основы аналитической химии, 3 изд., кн. 2 – М., 1971.

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

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

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

11.Нифантьев Э.Е. Внеклассная работа по химии с использованием хроматографии.- М.: Просвещение, 1982.

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

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

14. Пилипенко А.Т. Справочник по элементарной химии. – Киев.Наукова думка. 1973.

15. Учебно–методическая газета для учителей химии «Первое сентября», №22, 2007.

16. Храмов В.А. Аналитическая биохимия. - Волгоград: Издательство «Учитель», 2007.

17. Штемплер Г.И. Химия на досуге. – М.: Просвещение, «Учебная литература», 1996.

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