Кидакоева Амина Муссовна
Исследовательская работа на тему: "Индикаторы у нас дома."
Скачать:
Предварительный просмотр:
Карачаево – Черкесская республика
МКОУ «СОШ а. Псаучье - Дахе имени Героя России О.М.Карданова»
Хабезского муниципального района
Тема работы:
«Индикаторы у нас дома».
Работу выполнила:
Кидакоева Амина Муссовна
ученица 8 класса
Руководитель:
Учитель химии высшей квалификационной категории
Охтова Елена Рамазановна.
2015 год
а. Псаучье – Дахе
Тезисы.
Здравствуйте. Я Кидакоева Амина – ученица 8 класса МКОУ «СОШ а. Псаучье – Дахе имени Героя России О.М. Карданова». Тема моей работы: «Индикаторы у нас дома». 1слайд.
В природе мы встречаемся с различными веществами, которые нас окружают. В этом году мы начали знакомиться с интересным предметом - химия. Сколько же в мире веществ? Какие они? Зачем они нам нужны и какую пользу приносят? Нас заинтересовали такие вещества, как индикаторы. На уроках химии нам учитель рассказала про индикаторы: лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый.
Мы решили выяснить: можно ли в качестве индикаторов использовать те природные материалы, которые есть дома и с их помощью определить кислотность моющих средств и продуктов питания.
Цель работы: 2 слайд
Изучить понятие об индикаторах;
Ознакомиться с их открытием и выполняемыми функциями;
Научиться выделять индикаторы из природных объектов;
Исследовать действие природных индикаторов в различных средах;
3 слайд Первые краски люди получали из цветов, листьев, стеблей и корней растений. С давних пор русские крестьяне пользовались растительными красителями, 4 слайд. они окрашивали шерсть и льняные ткани в различные цвета. Для получения краски размельчённые части растений обычно кипятили в воде и полученный раствор выпаривали до густого или твёрдого осадка. Затем ткани кипятили в растворе красителя, добавляя для прочности окраски соду и уксус.
5 слайд Главной составной частью краски является краситель. Краситель - это красящее химическое соединение, придающее материалу определённый цвет. Цвет красок преимущественно обусловливают входящие в их состав пигменты (от лат. «pigmentum»- краски). Растительные кислотно-основные индикаторы – красящие вещества - антоцианы. Именно антоцианы придают разнообразные оттенки розового, красного, голубого и лилового многим цветам и плодам.
Красящее вещество свеклы бетаин или бетанидин в ще лочной среде обесцвечивается, а в кислой - краснеет. Вот почему такой аппетитный цвет у борща с квашеной капустой.
6 слайд. Индикаторы – значит «указатели». Это вещества, которые меняют цвет в зависимости от того, попали они в кислую, щелочную или нейтральную среду. Больше всего распространены индикаторы - лакмус, фенолфталеин метилоранж.
Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус. Лакмус – водный настой лакмусового лишайника, растущего на скалах в Шотландии.
7 слайд. Для определения кислотности существует 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. Величины pH измеряют при помощи кислотно-щелочных индикаторов.
8слайд Для получения природных индикаторов мы поступили следующим образом. Исследуемый материал (свёклу) натёрли на тёрке, затем прокипятили, так как это приводит к разрушению мембран клеток и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Растворы налили в прозрачную посуду. Чтобы узнать, какой отвар служит индикатором на ту или иную среду и как изменяется его цвет, надо было провести испытание. Взяли пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляли их поочередно в кислый или щелочной раствор. Кислым раствором служил столовый уксус, а щелочным - раствор пищевой соды. Если, к примеру, добавить к ним ярко-красный отвар из свёклы, то под воздействием уксуса он станет красным, соды - красно-фиолетовым, а в воде – бледно-розовым, т.к. в воде среда нейтральная.
9 слайд Также обычный чай можно использовать в домашних условиях как индикатор. Мы заметили, что чай с лимоном гораздо светлее, чем без лимона. В кислой среде он обесцвечивается, а в щелочной становится более темным. Виноградный сок – хороший домашний индикатор. В нейтральной и кислой среде он красного цвета, а в щелочной – светло – зелёного цвета.
Химические опыты с продуктами питания.
10 слайд Мы решили с помощью природного индикатора – отвара свёклы и виноградного сока проверить кислотность среды молока 2,5% и сметаны 20%. В молоко добавили несколько капель отвара свёклы. Раствор стал бледно-розовый. Значит в молоке среда ближе к нейтральной. Тот же опыт повторили со сметаной. 11 слайд Цвет сметаны после добавления природного индикатора был насыщенно - розовым. Это ближе к слабо - кислой среде. Вывод такой: в молоке нейтральная среда, а в сметане - кислая среда. Виноградный сок дал интересные результаты. 12 слайд . В щелочной среде сок стал синим, в кислой – красным, в нейтральной – розовым. Далее мы добавили виноградный сок в молоко и сметану. 13 слайд . В молоке он стал светло-зелёным, а в сметане – бледно-розовым. Значит в сметане слабо-кислая среда. Результаты занесли в таблицу. 14 слайд.
Химические опыты с моющими средствами.
Затем мы решили проверить среду в мыле и стиральном порошке. Для этого исследовали порошок «Тайд», мыло «DOVE» и хозяйственное мыло. Сначала приготовили растворы этих моющих средств. В каждый раствор добавляли индикатор – отвар свёклы. 15 слайд. В хозяйственном мыле индикатор стал фиолетовым, 16 слайд . а в мыле «DOVE – розовым». Значит в хозяйственном мыле сильно - щелочная среда. Очень большое содержание щелочи в мыле наносит большой вред коже рук. В «хозяйственном мыле» большое содержание щелочи, в то время как в мыле «DOVE» самое низкое содержание щелочи (нейтральная среда). Из этого можно сделать вывод: в мыле «DOVE» самое низкое содержание щелочи, следовательно, оно является более безопасным для кожи рук.
17 слайд. В раствор порошка «Тайд» добавили наш индикатор –отвар свёклы. Раствор стал фиолетовым, а через несколько минут – обесцветился. Значит в растворе порошка сильно - щелочная среда.
Выводы. 18 слайд
- Красящие вещества растений в кислой среде дают оттенки красных тонов, в щелочной среде – фиолетовый, а в нейтральной – розовый.
- В качестве индикаторов кислотности нашей местности предлагаем следующие растения: свёкла, чай и виноградный сок.
- В заключении хочу выразить свое отношение к химии словами М. Горького: «Прежде всего и внимательнее всего изучайте химию. Это изумительная наука, знаете…Ее зоркий, смелый взгляд проникает в огненную массу солнца и во тьму земной коры, в невидимые частицы вашего сердца, и в тайны строения камня, и в безмолвную жизнь дерева. Она смотрит всюду и, везде открывая гармонию, упорно ищет начало жизни…» 19 слайд
В химических лабораториях то и дело пользуются индикаторами - иногда для определения тех или иных веществ, а большей частью, чтобы узнать кислотность среды, потому что от этого свойства зависит и поведение веществ, и характер реакции. Индикаторы не раз понадобятся и нам, а так как не всегда можно их купить, то попробуем приготовить их самостоятельно. Исходным сырьем будут служить растения: многие цветы, плоды, ягоды, листья и корни содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую (или, напротив, в щелочную) среду, они наглядным образом сигнализируют нам об этом.
Растительное «сырье» летом собрать нетрудно - в лесу, в поле, в саду или огороде. Возьмите яркие цветы - ирис, темные тюльпаны и розы, анютины глазки, мальву; наберите малины, ежевики, черники, голубики; запаситесь несколькими листами красной капусты и молодой свеклой.
Так как растворы индикаторов получают отвариванием (отвар - это нечто вроде бульона), то они, естественно, быстро портятся-скисают, плесневеют. Их надо готовить непосредственно перед опытом. Возьмите немного запасенного сырья (точное количество не имеет значения), положите в пробирку, налейте воды, поставьте на водяную баню и нагревайте до тех пор, пока раствор не окрасится. Каждый раствор после охлаждения профильтруйте и слейте в приготовленную заранее чистую склянку с этикеткой.
Чтобы обеспечить себя индикаторами на весь год, засушите летом лепестки и ягоды, разложите их по отдельным коробочкам, а потом точно так же, как говорилось выше, приготовьте из них отвары, отдельно из каждого растения.
Чтобы узнать, какой отвар служит индикатором на ту или иную среду и как изменяется его цвет, надо провести испытание. Возьмите пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляйте их поочередно в кислый или щелочной раствор. Кислым раствором может служить столовый уксус, а щелочным - раствор стиральной соды, карбоната натрия. Если, к примеру, добавить к ним ярко-синий отвар из цветков ириса, то под воздействием уксуса он станет красным, соды - зелено-голубым.
Результаты всех этих опытов тщательно записывайте, лучше всего в таблицу; ее образец мы здесь приводим.
Предлагаем вам продолжить таблицу самостоятельно.
Не только листья и ягоды могут сослужить вам службу в качестве индикаторов. На изменение кислотности четко реагируют изменением цвета некоторые соки (в том числе из красной капусты, из вишни, черного винограда, черной смородины) и даже компоты.
Выполнить роль индикатора может обычный борщ. Хозяйки это давно приметили и используют такое свойство свекольного отвара, но не для анализа. Чтобы борщ был ярко-красным, в него перед окончанием варки добавляют немного пищевой кислоты - уксусной или лимонной; цвет меняется буквально на глазах.
В лабораториях широко используют индикатор фенолфталеин. Приготовим его из аптечных таблеток того же названия. Одну-две таблетки разотрите и растворите примерно в 10 мл водки (в крайнем случае, просто в теплой воде). В любом случае таблетки растворятся не полностью, потому что кроме основного вещества, фенолфталеина, в них есть еще наполнитель - тальк или мел. Отфильтруйте полученный раствор через промокательную бумагу и перелейте в чистую склянку с этикеткой «фенолфталеин - индикатор». Этот бесцветный раствор со временем не портится. Он пригодится, и не раз, для определения щелочной среды: в ней он мгновенно краснеет. Для проверки добавьте каплю-другую фенолфталеина к раствору стиральной соды.
И последнее о растительных индикаторах. Некогда было в моде писать приглашения на лепестках цветов; а писали их в зависимости от цветка и желаемого цвета надписи раствором кислоты или щелочи, пользуясь тонким пером или заостренной палочкой. Попробуйте, если хотите, писать таким образом, но лепестки и растворы для письма подберите самостоятельно. Имейте в виду, что раствор должен быть не слишком концентрированным, иначе можно повредить нежный лепесток.
О. Ольгин. "Опыты без взрывов"
М., "Химия", 1986
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 5 г. Искитима Новосибирской области
Секция естественно-научная
«Получение индикаторов в домашних условиях и исследование их кислотно-основных свойств»
г. Искитим, 2012
Оглавление
Введение.... 3
I. Из истории..4
II. Классификация индикаторов 6
III. Красящие пигменты растений.8
IV. Практическая часть. Изготовление индикаторов и их анализ.. .9
V. Использование индикаторов.10
VI. pH и человек 10
VI. Заключение. 11
Информационные источники..13
Приложение 14
Введение
Урок биологии в 6 классе. Тема «Лишайники». При изучении их значения учитель говорит, что лишайники являются индикаторами чистоты воздуха. Нас заинтересовало новое и непонятное для нас слово, и мы решили узнать, что же такое индикаторы? Зашли в Интернет и узнали, что это слово имеет несколько значений. Индикаторы - это устройства, вещества, или живые организмы, которые могут служить сигналом или показателем чего-либо (качества, например, окружающей среды, наличия каких-либо веществ в растворе, воздухе, почве и т.п., исправности или работы какого-либо устройства и т.п.).
Например: 1. Индикатором пожарной опасности служит включение пожарной сигнализации в офисе. Индикатором утечки газа в квартире служит появление запаха меркаптанов (серосодержащих углеводородов с сильным неприятным запахом, которые добавляют к не имеющему запаха природному газу для обнаружения его утечки).
2. Вой охранной сигнализации в магазине, музее, офисе является индикатором проникновения злоумышленников в закрытое помещение, взломе сейфа, витрины и т.п.; об этом же сигнализирует мигание соответствующих лампочек на пульте в охраняющем это заведение охранном предприятии.
3. Биоиндикаторами являются, например, эпифитные лишайники: их обилие и видовой состав служит показателем чистоты воздуха (например, алектория, уснея и другие кустистые лишайники не растут в местностях с загрязненным воздухом). Для оценки качества воды используют индикаторные группы водных беспозвоночных и рассчитывают, например, так называемый индекс Вудивисса.
4. На уроках химии для определения кислотности среды (т.е. концентрации ионов водорода в растворе) используют такие индикаторы, как лакмус, метиловый оранжевый, фенолфталеин, а также универсальную индикаторную бумагу. Классный журнал является индикатором успеваемости учащихся и посещаемости ими занятий. А также: поднятая учеником рука является индикатором того, что он хочет что-то сказать учителю (спросить, ответить, пожаловаться на соседа или попроситься в туалет).
5. Горящая зеленая лампочка на мониторе на системном блоке является индикатором работы этих устройств. Изменение цвета индикатора монитора с зеленого на оранжевый свидетельствует о переходе устройства на энергосберегающий режим.
Итак, одним из определений индикаторов являются вещества, с помощью которых можно определить наличия каких-либо веществ в растворе, воздухе, почве и т.п. Нас заинтересовало именно это понятие. Поэтому тема нашей работы «Получение индикаторов в домашних условиях и исследование их кислотно-основных свойств»
Цель работы: получить кислотно-щелочные индикаторы из сока ягод и отвара некоторых овощей. Исследовать их свойства.
Задачи исследования:
1. Ознакомиться с историей открытия некоторых индикаторов
2. Изучить информацию о красящих пигментах в растениях.
3. Получить индикаторы, исследовать влияние кислотной и щелочной среды на их окраску
4. Сравнить полученные данные со свойствами показателей кислотно-щелочной среды заводского универсального индикатора
5. Дать рекомендации по применению растительных индикаторов.
Гипотеза исследования: отвар некоторых овощей, сок ягод являются индикаторами кислотной и щелочной среды. Их можно приготовить самостоятельно и применять в домашних условиях при необходимости определения среды раствора
Объект исследования: природные растения, обладающие свойствами индикаторов, растворы растительных индикаторов
Предмет исследования: кислотно-щелочные свойства отвара ягод, овощей, сока ягод.
В ходе исследования была рассмотрена специальная литература, internet-источники, проведена практическая работа по изготовлению индикаторов из природного сырья и исследованию их кислотно-основных свойств.
I. Из истории
Появление первых химических кислотно-основных индикаторов (от латинского indicator –указатель), которые меняли цвет в зависимости от кислотной среды, стало огромным шагом науки вперёд. Самым первым индикатором был настой лишайника лакмуса, свойства которого обнаружил ещё английский химик и физик Роберт Бойль (1627-1691).
Лакмус – это водный настой лакмусового лишайника, растущего на скалах в Шотландии. Позднее настоем лакмуса стали пропитывать фильтровальную бумагу; её высушивали и получали, таким образом, индикаторные «лакмусовые бумажки». Они приобретали синий цвет в щелочном растворе и красный в кислотном.
В начале XIV века во Флоренции была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу, причем способ ее приготовления в течение многих лет держали в секрете. Готовили краску из специальных видов лишайников. Измельченные лишайники увлажняли, а затем добавляли в эту смесь золу и соду. Приготовленную таким образом густую массу помещали в деревянные бочки, добавляли мочу и выдерживали долгое время. Постепенно раствор приобретал темно- синий цвет. Его упаривали, и в таком виде применяли для окрашивания тканей. В XVII веке производство орсейли было налажено во Фландрии и Голландии, а в качестве сырья использовали лишайники, которые привозили с Канарских островов.
Похожее на орсейль красящее вещество было выделено в XVII веке из гелиотропа - душистого садового растения с темно-лиловыми цветками. Именно с этого времени, благодаря Р. Бойлю, орсейль и гелиотроп стали использовать в химических лабораториях. Лишь в 1704 году немецкий ученый М. Валентин назвал эту краску лакмусом.
Сегодня для производства лакмуса измельченные лишайники сбраживают в растворах поташа (карбоната калия) и аммиака, затем в полученную смесь добавляют мел и гипс. В XIX веке на смену лакмусу пришли более прочные и дешевые синтетические красители, поэтому использование лакмуса ограничивается лишь грубым определением кислотности среды. Лакмус в аналитической химии заменили лакмоидом. Лакмоид - краситель резорциновый синий, который отличается от природного лакмуса и по строению, но сходен с ним по окраске: в кислой среде он красный, а в щелочной - синий. В наши дни известно несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных в середине XIX века. Индикатор метиловый оранжевый (метилоранж) в кислой среде красный, в нейтральной - оранжевый, в щелочной - синий. Более яркая цветовая гамма свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной - желтый, в щелочной - синий. Индикатор фенолфталеин (в медицинской практике его раньше называли пургеном, сейчас редко применяют в качестве слабительного) в кислой и нейтральной среде - бесцветен, а в щелочной имеет малиновую окраску. Поэтому фенолфталеин используют лишь для определения щелочной среды. В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – зеленка). В сильнокислой среде его окраска желтая, а в сильнощелочной среде раствор обесцвечивается.
Однако в последнее время в лабораторной практике используется универсальный индикатор - смесь нескольких индикаторов. Он позволяет легко определить не только характер среды, но и значение кислотности (рН) раствора. Механизм химико-физических процессов, вызывающих изменение окраски индикаторов, оставался неясным до конца XIX века, и только В. Оствальдом в 1894 году. Согласно его теории, например, лакмус в водных растворах приобретает красную окраску.
II. Классификация индикаторов
Кислотно-основные индикаторы существуют в двух формах, в зависимости от рН раствора. Чаще обе формы различаются по окраске, это так называемые двуцветные индикаторы (лакмус, метиловый красный, метиловый оранжевый, тимолфталеин и др.). Реже применяют одноцветные индикаторы, у которых окрашена только одна форма, как у фенолфталеина (бесцветный в кислой среде, а при рН (9 - малиновый).
В некоторых странах краску, сходную с лакмусом, добывали из других растений. Простейшим примером служит свекольный сок, который также изменяет цвет в зависимости от кислотности среды.
Попробуем провести такой опыт. Разольём заваренный чай в два стакана. В один из них положим кусочек лимона, и мы увидим, что чай побледнел. А в другой добавим немного соды, она наверняка есть у нас на кухне. Размешаем соду в стакане с чаем, и мы увидим, что чай потемнел. Как объяснить эти результаты с точки зрения химии?
Представьте себе, чай указывает нам, что в лимоне есть кислота, а сода даёт в воде щёлочь! Такой способностью подсказать людям, где кислота, а где щёлочь обладают многие красители. Все они имеют специальное название - индикаторы, что значит - указатели.
В химических лабораториях используют специально очищенные красители-индикаторы. Мы решили познакомиться со стандартными кислотно-основными индикаторами и посмотреть, как же меняется их окраска при попадании их в кислую или щелочную среду.
В школьной химической лаборатории под руководством учителя мы нашли лакмус, метиловый оранжевый, фенолфталеин и универсальный индикатор (смесь нескольких кислотно-основных индикаторов).
Эти вещества-указатели меняют цвет в зависимости от того, в какую среду - кислую, щёлочную или нейтральную - они попали.
Для эксперимента возьмем стандартные индикаторы, лимонный сок, пищевую соду и дистиллированную воду. Лимонный сок дает кислую среду, пищевая сода – щелочную, и дистиллированная вода – нейтральную. Результаты эксперимента приведены в таблице.
ИЗМЕНЕНИЕ ОКРАСКИКИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ ИНДИКАТОРОВВ ЗАВИСИМОСТИ ОТ pH РАСТВОРА
Для более точного определения значения pH растворов используют сложную смесь нескольких индикаторов, нанесенную на фильтровальную бумагу (так называемый "Универсальный индикатор Кольтгоффа"). Полоску индикаторной бумаги обмакивают в исследуемый раствор, кладут на белую непромокаемую подложку и быстро сравнивают окраску полоски с эталонной шкалой для pH:
нейтральная
кислотная
щелочная
Лакмус
Фиолетовый
Красный
Синий
Метилоранж
Оранжевый
Красный
Желтый
Фенолфталеин
Бесцветный
Бесцветный
Малиновый
Для того чтобы запомнить цвет лакмуса в различных средах, существует стихотворение:
Индикатор лакмус - красныйКислоту укажет ясно.Индикатор лакмус - синий,Щёлочь здесь - не будь разиней,Когда ж нейтральная среда,Он фиолетовый всегда.
А для чего же человек использует эти вещества-указатели? Какие красящие вещества растений бурно реагируют на изменение среды раствора? Нужны ли эти вещества-указатели нам в домашних целях? И можно ли их приготовить самостоятельно, если настоящих химических индикаторов нет под рукой?
III. Красящие пигменты растений
Ознакомившись со справочным литературой мы узнали, что все красящие вещества растений можно разделить на три группы:
Антоцианы – это красные, фиолетовые и синие пигменты. Богаты антоцианами столовая свекла, слива, вишня, клюква, брусника, земляника, малина, черешня и ряд других ярко окрашенных плодов и овощей.
2. Флавоны – это красящие вещества, содержащиеся в желтых цветках. Флавоны есть во многих плодах и овощах, но богаче всего ими апельсины, мандарины, хурма, желтая слива, брюква и репа.
Каротиноиды - это группа пигментов желтого, оранжевого, красного цвета. Ими богата морковь, томаты, шиповник; семена желтой кукурузы, перец.
Какие же из указанных пигментов изменяют свою окраску под влиянием кислотной или щелочной среды?
Чтобы ответить на этот вопрос проведем эксперимент. Возьмем свежевыжатый сок черной смородины, моркови и репы. Разделим каждый сок на 3 пробирки и добавим в них лимонный сок, раствор соды и дистиллированную воду. Только те пробирки, в которых находился сок черной смородины, изменил сою окраску в кислой и щелочной среде. Следовательно, из представленных здесь пигментов, именно антоцианы реагируют на изменения среды раствора.
Мы узнали, что на уроках химии и в химических лабораториях часто пользуются химическими индикаторами - иногда для определения тех или иных веществ, а большей частью, чтобы узнать кислотность среды, потому что от этого свойства зависят и поведение веществ, и характер реакции. Индикаторы могут понадобиться нам и дома.
Нас заинтересовал вопрос «А можно ли приготовить индикаторы самостоятельно?» Если нет настоящих химических индикаторов, можно попробовать применить для определения кислотности среды домашние, полевые и садовые цветы и даже сок многих ягод (вишни, черноплодной рябины, смородины) и овощей.
Растительными кислотно-основными индикаторами здесь являются
красящие вещества «антоцианы». Именно они придают разнообразные оттенки многим цветам и плодам. Растительное "сырье" летом собрать нетрудно - в лесу, в поле, в саду или огороде.
IV. Практическая часть. Изготовление индикаторов и их анализ
Существует несколько способов самостоятельного приготовления индикаторов (Приложение № 1). Можно использовать отвары, чистые соки, спиртовые вытяжки.
Мы использовали чистые соки различных природных объектов: малины, свёклы, капусты, облепихи, чёрной смородины и др. Так как соки быстро портятся, лучше их готовить непосредственно перед изготовлением индикаторов.
Разделили каждый сок на 3 пробирки: в 1- добавили лимонный сок, во 2 – дистиллированную воду, в 3 - соду.
Результаты проведенного эксперимента приведены в следующей таблице:
Окраска естественных индикаторов в нейтральной, кислой и щелочной средах
Сырье для
приготовления
индикаторов
Естественный цвет индикатора
Окраска в кислотной среде
Окраска в щелочной среде
Плоды черноплодной рябины
Красно-коричневый
Бледно-розовый
Темно-зеленый
Ягоды малины
Коричневый
Коричневый
Темно-коричневый
Ягоды смородины
Темно-красный
Красный
Сине-зеленый
Ягоды черники
Красно-фиолетовый
Красный
синий
Ягоды ежевики
Темно-красный
Красный
Темно-фиолетовый
Столовая свекла
Красный
Ярко-красный
Желтый
Краснокочанная капуста
Сине-фиолетовый
Красный
Зеленый
Синий лук
Розовый
Бесцветный
Зеленый
Белый лук
Бесцветный
Бесцветный
Зеленый
Морковь
Оранжевый
Оранжевый
Оранжевый
Хорошим растительным индикатором является краснокочанная капуста. Сок краснокочанной капусты при смешивании с различными веществами изменяет свой цвет от красного (в сильной кислоте), к розовому, фиолетовому (это его естественный цвет в нейтральной среде), синему, и, наконец, зеленому (в сильной щелочи) (Приложение № 2).
Исходя из проведенных опытов, можно сделать следующий вывод: краснокочанная капуста, свекла, ежевика, черная смородина, черника, голубика, вишня, темный виноград и др. содержат рH чувствительный растительный пигмент – антоцианин. Антоцианин придает растениям темно-синюю окраску. Продукты такого цвета считаются очень полезными для здоровья.
V. Использование индикаторов
Для чего же необходимо использовать индикаторы? Исходя из вышесказанного для наличия каких-либо веществ в растворе, воздухе, почве и т.п. В справочной литературе мы нашли значения pH для некоторых жидкостей:
Желудочный сок – 1.0-2.0 pH 2. Лимонный сок – 2.0 pH3. Пищевой уксус – 2.4 pH4. Кока-кола – 3.0 pH5. Яблочный сок – 3.0 pH6. Кофе – 5.0 pH7. Шампунь – 5.5 pH8. Чай – 5.5 pH9. Молоко – 6.6-6.9 pH
10. Чистая вода – 7.0 ph11. Кровь – 7.36-7.44 ph12. Морская вода – 8.0 ph13. Раствор пищевой соды – 8.5 ph14. Мыло для рук – 9.0-10.00 ph15. Нашатырнай спирт – 11.5 ph16. Отбеливатель (хлорная известь) – 12.5 ph
VI. pH и человек
Неукротимое любопытство, выяснило еще более интересные вещи. Как известно, человек больше чем наполовину состоит из воды. Уровень pH воды 7, это нейтральная с точки зрения кислотности среда. Казалось бы зачем нам менять кислотность в разных органах и тканях? Однако, кроме ужасно кислой среды желудка, нужной ему для переваривания, весь наш организм неоднороден:
Слюна имеет свою кислотность, кислотность смешанной слюны человека равна 6,8–7,4 pH, но при большой скорости слюноотделения достигает 7,8 pH.
pH крови, как известно утром натощак согласно инструкции: 6,0 – 6,4 по утрам и 6,4 – 7,0
Кислотность слез в норме от 7,3 до 7,5 pH, они почти нейтральная среда, очень-очень слабая щелочь.
Наша кожа, о которой мы так заботимся, создавая индивидуальную косметику слабокислая. Ученые указывают различные кислотности кожи от 4,0 до 6,5.
Кислотность кожи меняется в зависимости от места, измерения pH верхнего слоя кожи показывают на голове 4,5-5,5, на груди – pH 5,1-5,5 и на ладонях – pH 6,2-6,5. Мужская кожа более упругая и эластичная. В ней больше сальных и потовых желёз. pH мужской кожи более кислый.
При угревой сыпи кислотность кожи меняется в сторону щелочи, значение pH увеличивается, при псориазе в сторону кислоты.
С возрастом состав кожи становится более щелочным, сухая кожа тоже более щелочная, чем жирная.
VI. Заключение
Выводы:
Индикаторы-указатели очень распространены как в науке, технике,
так и в повседневной жизни, в быту.
Химические индикаторы – этим именем называются такие вещества, которые, будучи введены в круг исследуемых химических превращений, образованием окрашенных соединений различных оттенков или выделением характерных осадков показывают на существование в данной среде или соединений с определенной химической функцией, например кислот, щелочей и прочее. Достоинство индикаторов определяется, с одной стороны, их чувствительностью, а с другой определенностью указаний.
Индикаторами могут служить не только специальные химические со-
единения, но и природные вещества.
В качестве показателя кислотности среды можно использовать соки и отвары растений, содержащих природные красители – антоцианы (ягоды малины, черной смородины, черники, ежевики, синий лук, краснокочанную капусту; свеклу). Таким образом, выдвинутая нами гипотеза полностью доказана.
Легкость приготовления и безопасность делают подобные индикаторы легкодоступными, а значит хорошими помощниками в работе с кислотами и основаниями.
Индикаторы играют большую роль при химических исследованиях, и
на их употреблении построен целый отдел химического анализа.
Изготовленные в домашних условиях индикаторы можно использовать для определения кислотности среды в косметических и моющих средствах, т.к. зачастую она просто не указывается на упаковках.
Природные индикаторы могут помочь в определении кислотности почвенного раствора, для определения характера вносимых в почву минеральных удобрений.
В процессе изучения химии (в старших классах) мы сможем ответить на вопрос: почему индикаторы меняют свой цвет в кислой и щелочной среде.
Информационные источники
1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2002.
2. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. Книга для учащихся, учителей и родителей. – М.: АСТ-ПРЕСС, 1999.
3. А.И. Бусеев, И.П. Ефимов Словарь химических терминов. Москва, Просвещение, 1971, стр.67
4. Большая детская энциклопедия. Химия. Москва, Русское энциклопедическое товарищество, 2000, стр. 348-349.
5. Малая детская энциклопедия. Химия. Москва, Русское энциклопедическое товарищество, 2001, стр. 232- 234.
6. Савина Л.А. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. – М.: АСТ, 1996.
7. О. Ольгин. «Опыты без взрывов» Москва, «Химия», 1986
8. О. Ольгин «Чудеса на выбор» М., Детская литература,1986,
9. Семенов П.П. «Индикаторы из местного растительного материала», «Химия в школе», 1984, №1, стр.73
10. Степин С.С., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии, М. «Дрофа», 2002 г
11. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. М.: Аванта+, 2003. с. 310 – 316.
12. Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982.
13. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. М, АСТ, 1996,
14. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
15. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
16. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
.
Приложение
Приложение № 1
Наилучшие результаты получаются при использовании ягод черники и смородины, растворы которых готовятся по следующей методике:
К 30 г. ягод смородины (черники) добавляем 1 столовую ложку горячей воды.
Доводим раствор до кипения.
Охлаждаем, даем раствору отстояться.
Фильтруем. С целью предохранения от порчи в полученный фильтрат можно добавить спирт в соотношении 2:1.
Режем фильтровальную бумагу (шириной1см, длиной 4 см).
Пропитываем полоски фильтровальной бумаги приготовленным отваром в течение 2 минут.
Высушиваем полоски, не допуская попадания яркого света.
Храним приготовленные индикаторные бумажки в темной посуде.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Приложение № 2
Результаты изменения цвета сока краснокочанной капусты в кислой, нейтральной и щелочной средах.
На картинке слева направо результаты смешения сока краснокочанной капусты с: 1. лимонным соком (красная жидкость);
2. во второй пробирке чистый сок краснокочанной капусты, он имеет фиолетовый цвет;
3. в третьей пробирке сок капусты смешан с аммиаком (нашатырным спиртом) – получилась жидкость синего цвета;
4. в четвертой пробирке результат смешения сока со стиральным порошком – жидкость зеленого цвета.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ БУРЯТИЯ
КОМИТЕТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ
АДМИНИСТРАЦИИ ГОРОДА УЛАН-УДЭ
МОУ «ГИМНАЗИЯ №14»
РАСТИТЕЛЬНЫЕ ИНДИКАТОРЫ
Выполнила: Иевская Мария-
ученица 9 Г класса
Руководитель: -
учитель химии
Улан-Удэ
201 2
Введение | Стр 3 |
Историческая справка об индикаторах | Стр 4 |
Классификация индикаторов | Стр 4-5 |
Растительные индикаторы | Стр 5-6 |
Практическая часть «Методика приготовления индикаторов из растительного сырья и изучение их свойств» | Стр 7-8 |
Выводы | Стр 8-9 |
Список литературы | Стр 10 |
Приложения | Стр 11 |
Введение
Лимонная кислота, уксус, нашатырный спирт, известь, аскорбиновая кислота, щавелевая кислота – вещества, часто встречающиеся в быту. Среди кислот и щелочей много опасных, агрессивных веществ, способных вызвать тяжелые химические ожоги. Многие растворы кислот и щелочей бесцветны, не имеют запаха, но их нельзя пробовать на вкус. Для того, различить кислоты и основания используют индикаторы.
Индикаторы – это органические и неорганические вещества, изменяющие свою окраску в зависимости от реакции среды. Название «индикаторы» происходит от латинского слова indicator, что означает «указатель».
Меня заинтересовал вопрос: какие растения могут использоваться в качестве индикаторов? Можно ли приготовить растворы растительных индикаторов самостоятельно? Пригодны ли самодельные индикаторы для использования при проведении экспериментов?
Цель работы : исследование изменения пигментов растений в различных средах
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Изучить литературные источники по теме;
Рассмотреть классификацию индикаторов;
Изготовить растворы индикаторов из природного сырья;
Провести исследование по определению среды растворов
Объект исследования: природные растения, обладающие свойствами индикаторов.
Предмет исследования : растворы растительных индикаторов.
Гипотеза: растворы растительных индикаторов можно приготовить самостоятельно и применять в химической лаборатории и домашних условиях при необходимости определения среды раствора
Историческая справка
История индикаторов начинается в XVII веке. Еще в 1640 году ботаники описали гелиотроп – душистое растение с темно-лиловыми цветками, из которого было выделено красящее вещество. Этот краситель, наряду с соком фиалок, стал широко применяться химиками в качестве индикатора. Об этом можно прочитать в трудах знаменитого физика и химика XVII века Роберта Бойля.
В 1663 году был открыт лакмус – водный настой лишайника, растущего на скалах Шотландии. Роберт Бойль приготовил водный настой 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, Бойль на пробу добавил несколько капель настоя лакмуса к водному раствору гидроксида натрия и обнаружил, что в щелочной среде лакмус синеет. Так был открыт первый индикатор для обнаружения кислот и оснований, названный по имени лишайника лакмусом.
Вначале с помощью лакмуса исследовали минеральные воды, а примерно с 1670 года его начали использовать в химических опытах. «Как только вношу незначительно малое количество кислоты, – писал в 1694 французский химик Пьер Поме о „турнесоле", – он становится красным, поэтому если кто хочет узнать, содержится ли в чем-нибудь кислота, его можно использовать». В 1704 немецкий ученый М. Валентин назвал эту краску лакмусом; это слово и осталось во всех европейских языках, кроме французского; по-французски лакмус – tournesol, что дословно означает «поворачивающийся за солнцем». Так же французы называют и подсолнечник; кстати, «гелиотроп» означает то же самое, только по-гречески.
Фенолфталеин, который применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен. (Приложение 1)
Синтез фенолфталеина впервые осуществил в 1871 году немецкий химик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии.
Что касается индикатора метилового оранжевого, он действительно оранжевый в нейтральной среде. В кислотах его окраска становится розово-малиновой, а в щелочах – желтой. (Приложение 2) В настоящее время химики часто пользуются индикаторной бумагой, пропитанной смесью разных индикаторов – универсальным индикатором.
Классификация индикаторов
Одни из самых распространенных – кислотно-основные индикаторы, изменяющие цвет в зависимости от кислотности раствора. Происходит это потому, что в кислой и щелочной среде молекулы индикаторов имеют разное строение. Примером может служить общеизвестный индикатор фенолфталеин. В кислой среде это соединение находится в виде недиссоциированных молекул и раствор бесцветен, а в щелочной среде – в виде ионов и раствор имеет малиновый цвет.
Помимо кислотно-основных применяют и другие типы индикаторов.
Окислительно-восстановительные индикаторы изменяют свой цвет в зависимости от того, что присутствует в растворе окислитель или восстановитель. Такими индикаторами служат вещества, которые сами подвергаются окислению или восстановлению, при чем окисленная и восстановленная формы имеют разные окраски. Например, окисленная форма дифениламина имеет фиолетовую окраску, а восстановленная – бесцветная.
Широкое распространение получили комплексонометрические индикаторы – вещества, образующие с ионами металлов окрашенные комплексные соединения.
Некоторые вещества, адсорбируются на поверхности осадка, изменяя его окраску; такие индикаторы называются адсорбционными .
При определении среды мутных или окрашенных растворов, в которых практически невозможно заметить изменение окраски обычных кислотно-основных индикаторов, используют флуоресцентные индикаторы . Они светятся (флуоресцируют) разным цветом в зависимости от рН раствора. При этом важно, что свечение индикатора не зависит от прозрачности и собственной окраски раствора.
При отсутствии фабричных химических индикаторов для определения среды растворов можно успешно применять самодельные индикаторы из природного сырья.
Растительные индикаторы
Растительные индикаторы содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие.
Называются эти окрашенные вещества пигментами.
Их окраска определяется избирательным поглощением света в видимой части солнечного спектра. Меланин - пигмент, встречающийся кожуре красных сортов винограда , лепестках некоторых цветков.
Структура молекул меланина жидкокристаллическая. Пигмент является сильным антиоксидантом. Фитохром - голубой растительный пигмент белкового строения, контролирует процессы цветения и прорастания семян. У одних растений ускоряя цветение, у других - задерживая. Фитохром играет роль "биологических часов" растения, механизм действия пока не изучен. Известно, что строение пигмента меняется в зависимости от светлого и тёмного времени суток, сигнализируя об этом растению. Phyton - от греческого растение, сhrom - цвет, краска. Это вещество регулирует синтез белковых молекул (ДНК, РНК), образование хлорофилла, каратиноидов, антоцианов, органических фосфатов, витаминов . Фитохром связан с клеточными мембранами и встречается практически во всех органах растения. Антоцианы - придают растениям окраску в диапазоне от розовой, красной, сиреневой, до синей и тёмно-фиолетовой. Антоцианы образуются в процессах гидролиза крахмала и по своему происхождению являются безазотистыми соединениями, близким к глюкозидам - соединениям сахара с неуглеводной частью. Усиленное образование антоцианов в клетках растения происходит при снижениях температур окружающей среды, при остановках синтеза хлорофилла, при интенсивном освещении УФ-лучами, при недостатке фосфора, необходимого для ввязывания гидролизованных крахмалом сахаров. При этом окраска листьев растений изменяется от зелёных до красных и синих цветов. Антоцианы хорошо растворимы в воде и присутствуют в соке вакуолей. Диапазон цветов изменяется благодаря наличию в растении всего трёх моделей антоцианов, различных между собой числом гидроксильных групп. Вариации в пропорциях этих пигментов в растениях дают разную окраску лепестков. В зависимости от кислотности (рН) среды сока вакуолей, антоциан придаёт ту или иную окраcку. В кислой среде он обычно имеет красные тона, например, у герани, гортензии, фиалок. В щелочной эти растения приобретают сине-голубые тона. Если же к синему или фиолетовому раствору антоциана прибавить кислоту, раствор снова станет розовым. Опытным путём это легко проверить на растениях, подбирая в качестве подкормок те или иные микроэлементы, изменяющие кислотность жидкости вакуолей. Если к нейтральному раствору антоциана добавить очень слабый щелочной раствор - получается голубое окрашивание, при более концентрированном растворе щелочи окрашивание перейдёт в жёлто-зелёное. Красная окраска - у маков, роз, герани, синяя - у васильков, голубая - у колокольчиков обусловлена наличием пигмента антоциана. Плоды винограда, слив, терна, краснокочанной капусты, свеклы окрашены антоцианом. Считается, что антоциан защищает растения от низких температур, от вредного воздействия солнечного цвета на цитоплазму. Антохлор - пигмент жёлтого цвета. Встречается в клетках кожицы лепестков первоцвета (баранчики, примула), льнянки, жёлтого мака, георгины, в плодах лимонов и других растениях. Антофеин - редко встречающийся пигмент тёмного цвета. Вызывает окраску пятен на крыльях венчика у русских бобов (Faba vulgaris). Каротиноиды - содержатся в растениях, устойчивых к пониженным температурам. Когда хлорофилл исчерпывается в холодное время года, листья приобретают заметную жёлтую или оранжевую окраску за счёт пролонгированного действия пигмента каротиноида. Каротиноиды защищают растения от пагубного действия солнечного света, принимая УФ-излучения солнца на себя, трансформируя в энергию и передавая её хлорофиллу. С помощью такой передачи хлорофилл регулирует процессы фотосинтеза. В доказательство того, что каротиноиды присутствуют в листьях постоянно наравне с хлорофиллом, послужит следующий эксперимент: к спиртовой вытяжке хлорофилла прилить бензина 1:1, взболтать смесь и дать отстояться, смесь расслоится. Нижний слой из спирта имеет жёлтую окраску и содержит жёлтый пигмент ксантофилл. Верхний бензиновый слой зелёного цвета и содержит хлорофилл и каротин. Оранжево-красный цвет растениям даёт пигмент каротин, жёлтую - ксантофилл. Эти пигменты имеют белково-липоидную основу. Эти пигменты обнаружены в плодах помидоров, апельсинов, мандаринов, в корне моркови. Основная роль этих пигментов - придать растениям яркую привлекательную окраску, привлекая птиц и животных для разнесения семян. Цветы с оранжево-жёлтой окраской - лютик, настурция.
Практическая часть
Методика изготовления индикаторов из природного сырья
Для приготовления растительных индикаторов берут по 50 г сырья, измельчают, заливают 200 мл воды и кипятят в течение 1-2 минут. Полученные отвары охлаждают и фильтруют. С целью предохранения от порчи, в полученный фильтрат добавляют этиловый спирт в соотношении 2:1.
Получив таким образом растворы индикаторов, я проверила, какую окраску они имеют в разных средах.
Брала пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляла их поочередно в кислый или щёлочной растворы. Результаты всех этих опытов заносила в таблицу.
Таблица 1. Изменение окраски природных индикаторов в различных средах.
Сырье для приготовления индикатора | Естественный цвет индикатора | Окраска в кислой среде | Окраска в щелочной среде |
Ягоды малины | Коричневый | Коричневый | Темно-коричневый |
Ягоды черноплодной рябины | Красно-коричневый | Бледно-розовый | Темно-зеленый |
Ягоды черники | Темно-синий | Темно-зеленый |
|
Ягоды клубники | Красно-оранжевый | Оранжевый | Темно-желтый |
Кора крушины | Темно-желтый |
||
Краснокочанная капуста | Сине-фиолетовый | ||
Лепестки мальвы | Темно-зеленый | ||
Лук желтый | светло-желтый | белый мутный | не изменилась |
Лук синий | Сине-фиолетовый | ||
Морковный сок | оранжевый | незначительное обесцвечивание | не изменилась |
Сок картофеля | лимонно-жёлтый | мутно-жёлтый | не изменилась |
Ягоды клюквы | малиновый | красно-коричневый | сиреневый |
Сок чеснока | светло-жёлтый | молочная | не изменилась |
Сок свеклы | свекольный | тёмно-бордовый |
В результате эксперимента мы убедились, что не все вещества, из приготовленных нами в домашних условиях, можно использовать как индикаторы. Например, морковный сок нежелательно использовать как индикатор, потому что его изменения незначительны. Соки картофеля и чеснока дают заметные изменения только в кислой среде. В то же время некоторые вещества проявляют ярко выраженные индикаторные свойства.
Вторая часть исследования была посвящена изменению окраски растительных индикаторов (сока свеклы и ягод черники) в растворах с различным значением рН среды.
Для исследования нами были приготовлены растворы уксусной кислоты со значениями рН 1,2,3, 5, 5,6 (растворы приготавливались путем разбавления концентрированной кислоты дистиллированной водой с контролем значения рН с помощью прибора - рН метра.
Изменение окраски индикатора из ягод черники при разных значениях рН среды
Уксусная кислота | Гидроксид кальция |
||||||||
Светло-розовый | Светло-розовый | Сине-зелёный | Сине-зелёный | Тёмно-сине-зелёный |
Изменение окраски индикатора из сока свеклы при разных значениях рН среды
Уксусная кислота | Гидроксид кальция |
||||||||
свекольный | Светло-соломенный | соломенный |
соломенный |
Пигменты растений могут использоваться в качестве индикаторов
Многие природные растения обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, способных изменять свою окраску в зависимости от среды, в которую они попадают; - для изготовления растворов растительных индикаторов можно использовать следующее природное сырье: ягоды малины, клубники, черноплодной рябины, черники, клюквы, кору крушины, лепестки мальвы, краснокочанную капусту; свеклу
Растворы растительных индикаторов можно использовать в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов
Эти индикаторы обладают достаточно высокой чувствительностью, особенно ярко окрашенные соки черной смородины, клюквы, калины, черники и свеклы. Свойства этих индикаторов сравнимы со свойствами универсальной индикаторной бумаги.
Интенсивность окраски индикаторов зависит от концентрации исследуемых растворов, что позволяет приблизительно оценить агрессивность среды. Легкость приготовления и безопасность делают подобные индикаторы легкодоступными, а значит хорошими помощниками в работе с кислотами и основаниями
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аликберова химия. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2002.
2. Аликберова химия. Книга для учащихся, учителей и родителей. – М.: АСТ-ПРЕСС, 1999.
3. «Экскурсии по химии в природу» Карелия, Петрозаводск, 1979
4. «Химия после уроков» Карелия, Петрозаводск, 1976
5. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. – М.: АСТ, 1996.
6. «Индикаторы из местного растительного материала», «Химия в школе», 1984, №1, стр.73
7. , «Возможность использования естественных индикаторов», сб. Мордовского пед. института, вып.2, Саранск,1955г.
8. , Аликберова задания и эффектные опыты по химии, М. «Дрофа», 2002 г
9. Оганесян по химии для поступающих в вузы. – М.: Высшая школа, 1998.
10. Новый энциклопедический словарь. – М.: Большая Российская энциклопедия. Ринол Классик, 2000.
11. Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982.
12. Интернет-ресурсы.
Приложение 1
Структурная формула фенолфталеина
Приложение 2
Структурная формула метилоранжа
В одной из книг о растениях, относящейся к 1633 году, написано: «Если бросить цветы цикория в муравейник, они вскоре станут красными как кровь» ". В несколько позднее написанной работе «О ферментации», изданной в 1659 году, говорится, что «голубого цвета настойка фиалок при добавлении серной кислоты становится пурпурного цвета; если теперь добавить несколько капель нашатырного спирта, пурпурный цвет поменяется на зеленый...».(1)
Рассказывая об индикаторах нельзя не вспомнить о лакмусе. Лакмус - это краситель, полученный из некоторых видов лишайников семейства рочелловых. Он был известен уже в Древнем Египте и Древнем Риме, где его использовали в качестве краски - заменителя дорогостоящего пурпура. Затем рецепт приготовления лакмуса был утерян. Лишь в начале ХIV века во Флоренции вновь была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу. Похожее на орсейль красящее вещество было выделено в ХVII веке из гелиотропа - душистого садового растения с темно-лиловыми цветами. Роберт Бойль писал о гелиотропе: «Плоды этого растения дают сок, который при нанесении на бумагу или материю имеет сначала свежий ярко-зеленый цвет, но неожиданно изменяет его на пурпурный. Если материал замочить в воде и отжать, вода окрашивается в винный цвет; такие виды красителя есть у аптекарей, в бакалейных лавках и в других местах, которые служат для окраски желе, или других веществ, кто как хочет.». С того времени орсейль и гелиотроп стали использовать в химических лабораториях. И лишь в 1704 году немецкий ученый М.Валентин назвал эту краску лакмусом. Химический состав его сложен. Важнейшее индикаторное соединение, которое содержится в количестве 4-5 % - азолитмин. Интервал перехода лакмуса находится в пределах от рН 4,5 до рН 8,3. Окраска изменяется с красной на синюю.
В некоторых странах краску, схожую с лакмусом, добывали из других растений. Простейшим примером служит свекольный сок, который также изменяет цвет в зависимости от кислотности среды.
С развитием химии число кислотно - основных индикаторов неуклонно росло и индикаторы растительного происхождения постепенно уступили место индикаторам химического синтеза. В 1871 году немецким ученым Адольфом Байером (1835-1917) был введен в практику кислотно-основной индикатор фенолфталеин (рис.1). В кислой и нейтральной среде этот индикатор бесцветный, а в щелочной среде он имеет малиновую окраску.
В ХIХ веке научились создавать более прочные и дешевые синтетические красители. В настоящее время их известно несколько сотен. В 1877 году П. Гриссом был открыт метилоранж (рис.2) В кислой среде он красный, в нейтральной - оранжевый, а в щелочной - желтый. Более яркая окраска свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной - желтый, а в щелочной - синий. В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его раствор используют как дезинфицирующее средство). Для того чтобы проверить это, надо приготовить разбавленный раствор бриллиантового зеленого: налить в пробирку несколько миллилитров воды и добавить в нее одну, две капли аптечного препарата. Раствор приобретет красивый зелено-голубой цвет. В сильно-кислой среде его окраска изменится на желтый, а в сильнощелочной - раствор обесцветится.(5)
Появление синтетических индикаторов дало толчок и к использованию лучших растительных экстрактов, которые были известны в прошлые времена (например, экстракт краснокочанной капусты еще Фарадей считал пригодным для использования в качестве индикатора). Свойства наиболее известных растительных индикаторов приведены в приложении в таблице 1.
В лабораторной практике наиболее часто используется универсальный индикатор - смесь нескольких кислотно-основных индикаторов. Он позволяет легко определить не только характер среды (кислая, нейтральная или щелочная), но и значение кислотности раствора.
Приготовление индикаторов
Для приготовления индикаторов из растительного сырья рекомендуется, прежде всего использовать окрашенные растения или их части. Известно также, что не дают изменения окраски в зависимости от среды желтые пигменты.
В литературе мне встретилось несколько способов приготовления индикаторов.(2,3,4) Знаменитый индикатор из сока краснокочанной капусты можно получить следующим образом: 40-50 граммов мелко нарезанной капусты залить 25 мл этилового спирта или водки, осторожно прокипятить, отфильтровать - индикатор готов.(2) Для получения индикатора из корней конского щавеля можно использовать высушенные корни. Их тонко измельчают, отвешивают 25 - 30 грамм и заливают 25% водным раствором аммиака (120 -150 мл). через 6 часов в вытяжку опускают сухую фильтровальную бумагу на 10 -12 минут, пока красящее вещество не адсорбируется целлюлозой. Затем бумагу промывают и сушат. Сухую бумагу розового цвета разрезают на ленточки и хранят в пакетиках.(4)
В домашних условиях удобно использовать вытяжки, которые готовят следующим образом: 50г плодов натереть на тёрке, залить 200мл воды и кипятить в течение 2-3минут. Затем охлаждённый и отфильтрованный раствор разбавить спиртом в соотношении 2:1 с целью предохранения раствора от порчи. Аналогично готовят вытяжки из лепестков цветов. Чтобы приготовить индикаторные бумажки надо полоски фильтровальной бумаги 2-3 раза пропитать вытяжкой из растений.(3)
Выбор растительного материала для приготовления индикаторов неограничен. Можно использовать сушеные ягоды, получая из них настои:
Для этого измельченный материал нужно залить водой и дать постоять некоторое время при комнатной температуре. Окрашенный раствор отфильтровать и использовать как индикатор. Многие ягоды сохраняют свои свойства, если их поместить в сахарный сироп.
В своей работе мы использовали свежевыжатый сок растений и ягодный сахарный сироп. В качестве контрольного раствора применялся раствор индикатора в воде (3 капли сока на 10 мл воды).
Сравнение свойств индикаторов
Сначала мы исследовали индикаторную способность у соков картофеля, моркови, свеклы, клюквы, калины, яблока, репчатого лука, чеснока, а также как контрольные - растворы аптечной настойки бриллиантового зеленого и настойки йода, об индикаторных свойствах которых мы уже знали из литературы. Растительное сырье для приготовления индикаторов было собрано на садовом участке и в пригородном лесу. Для создания разной среды мы в своих первых экспериментах использовали 1% раствор чайной соды, как слабощёлочной, а в качестве кислоты - 1 % раствор лимонной кислоты. Полученные результаты занесены таблицу 2.
В результате эксперимента мы убедиллись, что не все вещества, из приготовленных нами в домашних условиях, можно использовать как индикаторы. Например, морковный сок нежелательно использовать как индикатор, потому что его изменения незначительны. Соки картофеля и чеснока дают заметные изменения только в кислой среде. В то же время некоторые вещества проявляют ярко выраженные индикаторные свойства. Например, бриллиантовый - зелёный вызывает демонстративные изменения окраски (в кислой среде - травяной зелёный, а в щелочной - бирюзово - синий), что полностью совпало с литературными данными. Из растительных индикаторов наиболее контрастные изменения получены у клюквы: в кислоте - красно-коричневая окраска, в щелочном растворе - сиреневая.
Для дальнейших исследований мы использовали индикаторы, приготовленные из сока репчатого лука, свеклы, фиалки, сиропа калины и черной смородины. Мы сравнили изменение окраски этих индикаторов с литературными данными и получил некоторое расхождение в определении цвета индикаторов из сока лука, черной смородины, калины. Вместо светло - фиолетовой окраски в кислой среде лук давал бесцветный раствор. Черная смородина вместо зеленого в щелочной среде показывала голубую окраску, а калина в той же среде вместо ярко-зеленого давала лимонный цвет. мы предположили, что это может быть связано с различными способами приготовления индикаторных растворов, с порогом чувствительности индикатора, с выбором вещества, используемого для создания определенной среды (таблица 3).
Затем мы исследовали чувствительность индикаторов к изменению среды в растворах с разной концентрацией. Мы взяли соки растений, которые дали наиболее заметные изменения в предыдущих опытах, а также те индикаторы, свойства которых отличались от литературных данных, чтобы испытать их в новых условиях. Так как нам было интересно использование индикаторов в бытовых условия, мы исследовали растворы веществ, встречающихся в доме. Для создания кислой среды мы использовали раствор уксусной кислоты с концентрацией 0,1%, 1%, 2%, 5%, 9%. В качестве щелочных растворов - растворы пищевой соды и строительной извести, концентрация растворов 0,1%, 3%, 1%, 5%, 10%.
Параллельно для сравнения с растительными индикаторами мы использовали индикаторы из школьной лаборатории: фенолфталеин, метилоранж, хромовый темно-синий, метиленовый синий, лакмус красный, метилоранжевая бумага и универсальная индикаторная бумага. Результаты наблюдений представлены в таблицах 4, 5, 6.
Опираясь на показания универсального индикатора мы сделали вывод, что индикаторные свойства зависят не только от самого индикатора, но и от вещества, которое используют в качестве средообразующего. Окраска индикатора проявляется ярче с увеличением концентрации испытуемых растворов. В результате эксперимента мы установили, что метиленовый синий на годится в качестве индикатора для испытуемых растворов, так как не наблюдалось изменение окраски ни в одном из случаев. Соки репчатого лука, свеклы, фиалки, калины, черной смородины, клюквы, которые мы использовали в качестве индикаторов, дают заметное яркое изменение окраски в щелочной среде. В кислой среде наиболее заметные изменения дают клюква и свекла. Как универсальный индикатор можно рекомендовать применение сока черной смородины, клюквы и свеклы, так как эти растворы показывают изменение окраски даже при переходе от слабокислого к слабощелочному раствору.
Исследуя свойства набора индикаторов из школьной лаборатории, мы выяснили, что наиболее ярко проявили индикаторные свойства в выбранных средах универсальная индикаторная бумага, хромовый темно - синий и лакмус красный, которые давали изменения окраски как в слабокислом, так и в слабощелочных растворах различной концентрации.
