Индикаторы у нас дома

VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Индикаторы у нас дома

Чернышова Е.А. 1
1МОУ СОШ №17
Жемчугова Т.А. 1
1МОУ СОШ №17
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Природа - удивительное творение Вселенной. Мир природы красив, таинственен и сложен. Этот мир богат разнообразием флоры и фауны. Царство растений удивляет нас своим многообразием цветовых оттенков. Цветовая палитра настолько разнообразна, что невозможно сказать, сколько цветов и их оттенков существует в мире растений. Таким образом, возникает вопрос – от чего зависит окраска тех или иных растений? Что они содержат в себе? И каковы их свойства? Чем дальше мы погружаемся в мир растений, тем мы задаемся всё больше другими вопросами. Польза многих растений несомненна. Издавна люди применяли растения в качестве лекарственных средств. Поэтому недаром возникла народная медицина, основанная на уникальных и лекарственных свойствах растений. В чём заключается их значение и какую пользу они несут в себе? Особый интерес вызывают такие вещества, как индикаторы. Что же это такое?

Индикаторы (от английского indicate-указывать) – это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. Как изменяется цвет индикаторов? В каких целях используются индикаторы? Можно ли в качестве индикаторов использовать природные вещества? Чтобы ответить на эти вопросы, я поставила следующую цель: исследовать свойства растительного пигмента - антоциана в различных средах.

Задачи:

1) изучить природные объекты на наличие индикаторов – антоцианов;

2) доказать индикаторные свойства растительных пигментов – антоцианов;

3) выяснить, как можно применять знания о природных индикаторах в повседневной жизни.

В качестве объекта исследования были взяты цветы, плоды и ягоды растений, обладающие индикаторными свойствами, а предмет исследования: растворы растительных индикаторов.

Гипотеза исследования: возможно, вокруг нас есть природные вещества, которые проявляют свойства индикаторов.

Для достижения поставленной цели были использованы следующие методы: анализ, сравнение, химический эксперимент.

Практическая значимость работы заключается в том, чтоинформацию, полученную во время исследования, можно использовать как на уроках химии, так и на уроках биологии. Эта работа полезна и в узко прикладном направлении, например на даче, чтобы определить кислотность почвы на участке для повышения урожайности плодов и ягод (приложение №2) и в домашнем хозяйстве, когда потребуется привести в порядок одежду (приложение №3).

Актуальность рассматриваемой работы заключается в том, что под рукой может не оказаться необходимого химического индикатора, в связи, с чем возникает необходимость знания аналогов – того, из чего можно приготовить индикатор.

II. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

История открытия индикаторов

Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский физик и химик Роберт Бойль. Бойль проводил различные опыты. Однажды, когда он проводил очередное исследование, зашел садовник. Он принес фиалки. Бойль любил цветы, но ему необходимо было проводить эксперимент. Бойль оставил цветы на столе. Когда ученый закончил свой опыт он случайно посмотрел 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. Бойль заинтересовался и проводил опыты с растворами, при этом каждый раз добавлял фиалки и наблюдал, что происходит с цветками. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обыкновенные бумажные полоски. Дождался, когда они пропитаются настоем, а затем высушил их. Эти хитрые 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.

Индикаторы в школе

Индикаторы имеют различную классификацию. Одними из часто используемых в химии, это кислотно-основные индикаторы. Они меняют цвет в зависимости от того, в какую среду их добавить - кислую, щелочную или нейтральную. В наше время известны несколько сотен, искусственно синтезированных кислотно-основных индикаторов. На уроках в процессе изучения темы «Важнейшие классы неорганических соединений» в 8-ом классе мы работали со следующими индикаторами: лакмус, фенолфталеин, метилоранж.

Лакмус. Самый известно используемый в химии растительный кислотно-основной индикатор. Он был известен уже в Древнем Египте и в Древнем Риме, где его использовали в качестве фиолетовой краски-заменителя дорогостоящего пурпура. Готовили лакмус из специальных видов лишайников. Измельченные лишайники увлажняли, а затем добавляли в эту смесь золу и соду. Приготовленную смесь помещали в деревянные бочки, добавляли мочу и выдерживали длительное время. Постепенно раствор приобретал темно-синий цвет. Его упаривали и в таком виде применяли для окрашивания тканей. Позже лакмус был открыт в 1663 году. Он представлял собой водный раствор лишайника, растущего на скалах в Шотландии. Роберт Бойль приготовил водный раствор лакмусового лишайника для своих опытов. 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 явлением, Бойль на пробу добавил несколько капель к водному раствору гидроксида натрия и обнаружил, что в щелочной среде лакмус синеет. Так был открыт первый индикатор для обнаружения кислот и щелочей, названный по имени лишайника лакмусом. С тех пор этот индикатор является одним из незаменимых индикаторов в различных исследованиях в области химии.

Метилоранж. Метиловый оранжевый — известный кислотно-основный индикатор, синтетический органический краситель из группы азокрасителей, является солью натрия. Что касается индикатора метилового оранжевого, он действительно оранжевый в нейтральной среде. В кислотах его окраска становится розово-малиновой, а в щелочах – желтой. Для запоминания цвета индикатора метилового оранжевого в щелочах и кислотах служит мнемоническое стихотворение:

От щелочи я жёлт как в лихорадке,

Я розовею от кислот, как от стыда.

И я бросаюсь в воду без оглядки,

Здесь я оранжевый практически всегда.

Фенолфталеин. Фенолфталеин применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен. Синтез фенолфталеина впервые осуществил в 1871 году немецкий химик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии. До обнаружения определенных свойств, фенолфталеин более полутора веков использовался в медицине как слабительное средство (пурген), Он обладает накапливающими свойствами и может оказывать раздражающее действие на почки.

Водородный показатель

При помощи индикаторов можно определить среду раствора. Самый простой способ – использование универсального бумажного индикатора. Индикаторная бумага – бумага, пропитанная химическими реактивами, предназначенная для ориентировочного определения концентрации веществ. Универсальные индикаторы – это смесь нескольких индикаторов, подобранных так, что их раствор поочерёдно меняет окраску, проходя все цвета радуги при изменении кислотности раствора в широком диапазоне рН.

Индикатор бумажный универсальный имеет шкалу для определения среды (рН). 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<7 и в щелочных pH>7. Величины pH измеряют при помощи кислотно-щелочных индикаторов. Водородный показатель - важнейшая характеристика биологических жидкостей; крови, лимфы, слюны, желудочного, кишечного и клеточного сока. Поэтому его часто определяют при клинических анализах, оценивая здоровье человека. Обозначение pH широко применяется в химии, биологии, медицине агрономии, экологии и в других сферах жизни. Не случайно о нем так много говорится в средствах массовой информации, и даже далекие от химии люди живо интересуются этим понятием. В телевизионных экранах показывают, как изменяется pH во рту человека после чистки зубов такой-то пастой или после жевания такой-то резинки… Абсолютно нейтральной среде соответствует значение pH, равное точно 7.Чем раствор более кислый, тем меньше pH, а в присутствии щелочи pH становится больше 7.

4.Природные индикаторы

Окраска растений обусловлена содержанием в них различных пигментов. Растительные пигменты – это крупные органические молекулы, поглощающие свет определённой длины волны. Растительные пигменты - химические природные соединения, придающие определённый цветовой оттенок и свойства любому растению. Каждая из групп растительных пигментов представлена несколькими отличающимися по химическому строению, окраске и поглощению света пигментами. В растительных клетках чаще всего встречаются зеленые пигменты хлорофиллы, красные и синие антоцианы, желтые флавоны и флавонолы, желто-оранжевые каротиноиды. Антоциан - это растительный пигмент, который определяет практически все краски растений от красной до синей. В растениях антоцианы играют две роли. Они придают неповторимый оттенок цветам и фруктам, но для растений важнее невидимая роль пигментов. Антоцианы защищают растительные ткани от окислительного стресса, вызванного ультрафиолетом. Защита от разрушения продлевает жизнь растения.

Одним из направлений применения растений, богатых пигментами, служит получение природных красителей и индикаторов. Индикаторы сыграли большую роль в жизни химиков. Благодаря веществам, содержащимся в растениях, они меняли свою окраску при изменении кислотно–щелочной среды. Но не все растения активно реагировали на изменение среды и тогда были отобраны более ярко выраженные индикаторы. Во многих плодах и цветках содержатся вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от кислотности среды. В качестве природных индикаторов чаще всего используют соки или отвары яркоокрашенных плодов или других частей растений. Такие растворы нужно хранить в темной посуде. Но у природных индикаторов есть определенный недостаток: они достаточно быстро приходят в негодность - скисают или плесневеют, также трудно или невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, которые резко меняют свой цвет.

II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Вторым этапом моей работы был химический эксперимент по получению природных индикаторов и изучению их свойств.

Технология получения природных индикаторов включает приготовление концентрированных растворов. Для эксперимента я приготовила следующие растворы растительных индикаторов:

№1 – краснокочанная капуста;

№2 – шелуха красного лука;

№3 – чай «Каркаде» (высушенные прицветники цветов гибискуса);

№4 – корнеплод свёклы;

№5 – ягоды чёрной смородины.

Для приготовления растворов понадобилось части растений. Предварительно измельчив их, я поместила в горячую воду и варила 20-30 минут, процедив, слила растворы растительных индикаторов. Полученные экстракты отфильтровала, и фильтрат наливала в заранее подготовленную колбу. К сожалению, из-за неустойчивости антоцианов их отвары быстро плесневеют и скисают, поэтому готовить такие индикаторы надо непосредственно перед работой с ними. Лучшими оказались индикаторы из краснокочанной капусты и черной смородины. В растворе этих индикаторов наблюдался более выраженный переход из нейтральной среды в кислотную и щелочную. Более подробные результаты представлены в таблице (приложение 1)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате эксперимента я убедилась, что не все вещества растительного происхождения обладают выраженными индикаторными свойствами. В тоже время, растительные индикаторы, полученные из черной смородины и листов краснокочанной капусты можно с успехом применять в качестве универсальных.

К сожалению, у природных индикаторов есть недостаток - их отвары довольно быстро портятся. Положительным моментом является то, что они экологически безопасны и их можно, приготовить в домашних условиях. Продлить, действие природных индикаторов можно, пропитав раствором растительного индикатора фильтровальную бумагу, а затем высушить ее. Хранить такие бумажки следует в закрытой темной упаковке (приложение №4).

Самодельные индикаторы из природного сырья можно применять на уроках химии, если существует проблема обеспечения школы реактивами.

Список интернет-ресурсов:

https://ru.wikipedia.org/wiki/Кислотно-основные_индикаторы

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

https://dik.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/939902

http://www.repetitor2000.ru/indikator.html

Приложение 1

Результаты исследования изменения пигментов растений в различных средах

среда

кислая

нейтральная

щелочная

 

Серная кислота

Уксусная кислота

вода

Раствор аммиака

щелочь

№1

красный

вишневый

пурпурный

Темно-зеленый

Цвет сосновой хвои

№2

алый

Светло-вишневый

Красновато-коричневый

Насыщенно-зеленый

Темно-зеленый

№3

алый

ализариновый

каштановый

Темно-зеленый

зеленой зелени

№4

пурпурный

Светло малиновый

Светлая вишня

сиреневый

Малиново-красный

№5

бордо

Светло-вишневый

терракота

Болотно-зеленый

Темно-еловый

Приложение 2

Растения, помогающие определить плодородие почвы.

Приложение 3.

Как вывести любое пятно

Приложение 4.

Растительные аналоги индикаторов

Просмотров работы: 194