Исследовательская работа по химии на тему: "Индикаторы у нас дома". Зеленая яичница, или индикаторы на кухне
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
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.
Растворы всех кислот и щелочей бесцветны, большинство из них не пахнут. Как же тогда можно определить, что в одном сосуде находится кислота, а в другом – щёлочь? Попробуем провести такой опыт. Разольём заваренный чай в два стакана. В один из них положим кусочек лимона, и мы увидим, что чай побледнел. В другой стакан добавим немного питьевой соды. Размешаем соду в стакане с чаем, мы увидим, что чай потемнел. Как объяснить эти результаты с точки зрения химии? Оказывается, чай указывает нам, что в лимоне есть кислота, а сода в соединении с водой образует щёлочь! Такой способностью подсказывать людям, где кислота, а где щёлочь обладают многие красители. Все они имеют специальное название – индикаторы, что означает – указатели.
По мере развития производственной и научной деятельности человека было создано огромное множество разнообразных индикаторов. Общая задача их – контролировать процесс или изменение состояния наблюдаемого объекта в форме, удобной для человеческого восприятия. В химической лаборатории или на заводе индикаторы в наглядной и доступной форме расскажут о том, прошла ли до конца химическая реакция или нет, достаточно добавлено одного реактива к другому или нужно ещё добавить. Чаще всего химики пользуются индикаторами, которые переменой цвета сообщают о величине концентрации водородных ионов в растворах, их называют кислотно-основными. Лакмус и фенолфталеин, сок красной капусты, вишни и черноплодной рябины, а также множество других красителей тонко реагируют на изменение концентрации ионов водорода в растворе. Но существуют индикаторы и других типов: окислительно-восстановительные, комплексонометрические, адсорбционные, хемилюминесцентные. Индикаторы всех этих пяти групп информируют химиков о том, как далеко зашли изменения в реакционной системе. Некоторые из них даже начинают светиться под действием происшедших в растворе изменений. Индикаторы действуют безотказно и отличаются большой чувствительностью.
История возникновения индикаторов.
История открытия лакмуса.
История открытия вещества, о котором пойдёт речь, началась в XVII веке в лаборатории известного английского физика и химика Роберта Бойля (1627-1692). В лаборатории, как обычно, кипела напряжённая работа: горели свечи, в ретортах нагревались разнообразные вещества. В кабинет к Бойлю вошел садовник и поставил в углу корзину с великолепными тёмно-фиолетовыми фиалками. В это время Бойль собирался проводить опыт по получению серной кислоты. Восхищённый красотой и ароматом фиалок, учёный, захватив с собой букетик, направился в лабораторию. Его лаборант Уильям сообщил Бойлю, что вчера доставили две бутылки соляной кислоты из Амстердама. Бойлю захотелось взглянуть на эту кислоту, и, чтобы помочь Уильяму налить кислоту, он положил фиалки на стол. Затем он взял со стола букетик и отправился в кабинет. Здесь Бойль заметил, что фиалки слегка дымятся от попавших на них брызг кислоты. Чтобы промыть цветы, Бойль опустил их в стакан с водой. Через некоторое время он бросил взгляд на стакан с фиалками, и случилось чудо: тёмно-фиолетовые фиалки стали красными. Естественно, Бойль, как истинный учёный, не мог пройти мимо такого случая и начал исследования.
Он обнаружил, что и другие кислоты окрашивают лепестки фиалок в красный цвет. Учёный подумал, что если приготовить из лепестков настой и добавить немного к исследуемому раствору, то можно будет узнать, кислый он или нет. Бойль начал готовить растворы из целебных трав, древесной коры, корней растений. Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из лакмусового лишайника. Кислоты изменили его цвет на красный, а щёлочи – на синий. Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить её. Так была создана первая лакмусовая бумажка, которая теперь имеется в любой химической лаборатории. Клочок такой бумажки, погружённый в испытуемый раствор, изменяет цвет и показывает, кислый это раствор или щелочной. Таким образом, было открыто одно из первых веществ, которые Бойль уже тогда назвал индикаторами. Слово индикатор в переводе с латыни означает «указатель».
Фенолфталеин – кислотно-основный индикатор.
Фенолфталеин – бесцветное кристаллическое органическое вещество сложного строения. Фенолфталеин мало растворим в воде и хорошо растворяется в этиловом спирте. Он может служить кислотно-основным индикатором: его раствор, бесцветный в нейтральной и кислотной средах, в щелочной среде становится малиновым. Раствор фенолфталеина для химических опытов обычно содержит 0,1 г этого индикатора в 125 мл этилового спирта и 25 мл воды. Фенолфталеин – это не только индикатор, но и лекарственное средство (сильное слабительное – пурген) и поэтому продаётся в аптеке. Синтез фенолфталеина впервые осуществил в 1871 году немецкий химик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии.
Кислотно-основные индикаторы.
Каждому школьнику хорошо знаком лакмус – с его помощью определяют кислотность среды. Это вещество является кислотно-основным индикатором, то есть обладает способностью обратимо изменять окраску в зависимости от кислотности раствора: в кислой среде лакмус становится красным, а в щелочной – синим. В нейтральной среде лакмус фиолетовый – это сочетание равных количеств синего и красного. Хотя лакмус уже в течение нескольких столетий верно служит людям, его состав так до конца и не изучен. В этом нет ничего удивительного: ведь лакмус – это сложная смесь природных соединений. Он был известен уже в Древнем Египте и в Древнем Риме, где его использовали в качестве фиолетовой краски – заменителя дорогостоящего пурпура. Лишь в начале XIV века во Флоренции вновь была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу, причём способ её приготовления в течение многих лет держали в секрете. Готовили лакмус из специальных видов лишайников. Измельчённые лишайники увлажняли, а затем добавляли в эту смесь золу и соду. Приготовленную таким образом густую массу помещали в деревянные бочки, добавляли мочу и выдерживали длительное время. Постепенно раствор приобретал тёмно-синий цвет. Его упаривали и в таком виде применяли для окрашивания тканей.
Похожее на орсейль красящее вещество было выделено в XVII веке из гелиотропа – душистого садового растения с тёмно-лиловыми цветками. Знаменитый физик и химик Роберт Бойль писал о гелиотропе: «Плоды этого растения дают сок, который при нанесении на бумагу или материю имеет сначала ярко-зелёный 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 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 учёный М. Валентин назвал эту краску лакмусом. В некоторых странах краску, сходную с лакмусом, добывали и из других растений. Простейшим примером служит свекольный сок, который также изменяет цвет в зависимости от кислотности среды.
В XIX веке на смену лакмусу пришли более прочные и дешёвые синтетические красители, поэтому использование лакмуса ограничилось лишь грубым определением кислотности среды. Для этой цели служат полоски фильтровальной бумаги, пропитанные раствором лакмуса. На смену лакмусу в аналитической химии пришёл лакмоид – краситель резорциновый синий, который отличается от природного лакмуса по строению, но сходен с ним по окраске: в кислой среде он красный, а в щелочной – синий.
В наши дни известны несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных начиная с середины XIX века. С некоторыми из них можно познакомиться в школьной химической лаборатории. Индикатор метиловый оранжевый (метилоранж) в кислой среде красный, в нейтральной – оранжевый, а в щелочной – жёлтый. Более яркая цветовая гамма свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной – жёлтый, а в щелочной – синий. Индикатор фенолфталеин (он продаётся в аптеке под названием «пурген») в кислой и нейтральной средах бесцветный, а в щелочной имеет малиновую окраску. Поэтому фенолфталеин используют лишь для определения щелочной среды. В зависимости от кислотности среды изменяет свою окраску и краситель бриллиантовый зелёный (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – «зелёнка»). Для того чтобы проверить это, надо приготовить разбавленный раствор бриллиантового зелёного: налить в пробирку несколько миллилитров воды и добавить в неё одну-две капли аптечного препарата. Раствор приобретает красивый зелёно-голубой цвет. В сильнокислой среде его окраска сменится жёлтой, а в сильнощелочной раствор обесцветится.
Однако наиболее часто в лабораторной практике используется универсальный индикатор – смесь нескольких кислотно-основных индикаторов. Он позволяет легко определять не только характер среды (кислая, нейтральная, щелочная), но и значение кислотности раствора.
Таблица №1.
Шкала цветовых переходов кислотно-основных индикаторов.
название индикатора нейтральная среда кислотная среда щелочная среда лакмус фиолетовый красный синий тимоловый синий жёлтый малиново-красный синий метиловый оранжевый оранжевый красно-розовый жёлтый фенолфталеин бесцветный бесцветный малиновый универсальный жёлтый оттенки красного оттенки синего
Экспериментальная часть.
Правила техники безопасности в домашней лаборатории.
Представить себе химию без химических опытов невозможно. Поэтому изучить эту науку, понять её законы и, конечно, полюбить её можно только через эксперимент. Сложилось мнение, что химический эксперимент – это сложное оборудование и недоступные реактивы, ядовитые соединения и страшные взрывы и для занятий химией необходимы особые условия. Тем не менее, более 300 химических опытов с самыми различными веществами можно выполнить в домашних условиях. В связи с тем, что в домашней лаборатории нет вытяжного шкафа и других специальных устройств, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности:
2. Нельзя накапливать и хранить дома большие количества реактивов.
3. Химические реактивы и вещества должны иметь этикетки с названиями, концентрацией и сроком изготовления.
4. Химические вещества нельзя пробовать на вкус.
5. Для определения запаха нельзя сосуд с веществом близко подносить к лицу. Нужно ладонью руки сделать несколько плавных взмахов от отверстия сосуда к носу.
6. Если пролилась кислота или щелочь, то вещество предварительно нейтрализуют или засыпают песком и удаляют тряпкой или собирают в совок.
7. Перед проведением эксперимента, каким бы простым он ни казался, нужно внимательно прочесть описание опыта и понять свойства применяемых веществ. Для этого есть учебники, справочники и другая литература.
Приготовление индикаторов из растительного сырья.
Во многих плодах и цветах содержатся красители, которые изменяют свой цвет в зависимости от кислотности среды. Удивительное многообразие цветов в природе создаётся простыми средствами, находящимися в «химическом отделе» фабрики растительного мира, - двумя видами пигментов. Первый вид – ксантины (каротин, ксантофилл, флавоны), окрашивают лепестки цветов в жёлтый, оранжевый цвета; второй – антоцианы, придающие лепесткам красный, голубой и фиолетовый цвета.
Стоит отметить, что пигменты растений могут быть химическими индикаторами. В качестве индикаторов можно использовать также свекольный, капустный, вишнёвый и виноградный соки, а также заварку. Растворы индикаторов надо готовить прямо перед опытом, потому что они быстро портятся.
Получение индикатора из краснокочанной капусты.
Оборудование:
Краснокочанная капуста, спирт, вода, ступка с пестиком, раствор соляной кислоты, раствор гидрокарбоната натрия, штатив с пробирками, марлевый фильтр.
Измельчаем лист краснокочанной капусты и растираем его в ступке с небольшим объёмом спирто-водной смеси (1:1). Вытяжка приобретает фиолетовый цвет, поскольку из капустной ткани экстрагируется рубробрассицин. Это и есть кислотно-щелочной индикатор растительной природы. Приготовим 4 пробирки: первая – с раствором соляной кислоты, капустный индикатор в этой пробирке ярко-красный цвет; вторая – просто с водой – цвет фиолетовый; третья – со слабым раствором гидрокарбоната натрия – цвет синий; четвёртая – с раствором щёлочи, приобретает зелёный цвет.
Получение индикатора из сока сахарной свёклы.
Оборудование:
Сахарная свёкла, нож, тёрка, кастрюля, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, штатив с пробирками, раствор соляной кислоты, раствор гидроксида натрия.
Методика проведения эксперимента:
Очистим свёклу от кожуры, отрежем кусочек весом 5-10 грамм. Данный кусочек прокипятим в 100 мл воды в течение 5-10 минут. Протрём кусок свёклы на терке, измельчим в ступке и отфильтруем полученный настой. Фильтрат приобретает бордовый цвет. Приготовим 2 пробирки с растворами кислоты и щёлочи, добавим к содержимому пробирок по несколько капель полученного индикатора. В растворе кислоты свекольный индикатор приобретает малиновую окраску, а в растворе щёлочи становится жёлто-коричневым.
Получение индикатора из клюквы.
Оборудование:
Клюква, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, мел, спирт, вода, штатив с пробирками, растворы соляной кислоты и гидроксида натрия.
Методика проведения эксперимента:
Ягоды клюквы разотрём в ступке с небольшим количеством чистого речного песка и добавим несколько миллилитров спирта. Необходимым условием является экстракция пигмента (краски) данным растворителем. После этого экстракт нейтрализуем мелом, так как сок клюквы содержит природные кислоты. Профильтруем полученную смесь через марлевый фильтр. Вытяжка приобретает красный цвет. Приготовим пробирки с растворами кислоты и щёлочи и добавим в каждую по несколько капель клюквенного индикатора. В растворе с кислотой индикатор приобретает алую окраску, а в растворе со щёлочью – синюю.
Получение индикатора из чёрного винограда.
Оборудование:
Чёрный виноград, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, мел, спирт, вода, штатив с пробирками, раствор уксусной кислоты, раствор питьевой соды.
Методика проведения эксперимента:
С ягод чёрного винограда осторожно снимаем кожицу и измельчаем её в ступке с пестиком, добавляем несколько миллилитров спирта. Необходимым условием является экстракция пигмента (краски) данным растворителем. После этого экстракт нейтрализуем мелом, так как сок винограда содержит природные кислоты. Профильтруем полученную смесь через марлевый фильтр. Вытяжка приобретает бордово-красный цвет. Приготовим пробирки с растворами уксусной кислоты и питьевой соды и добавим в каждую по несколько капель виноградного индикатора. В растворе с кислотой индикатор приобретает красную окраску, а в растворе со щёлочью – жёлто-зелёную.
Получение индикатора из цветков домашней фиалки.
Оборудование:
Домашняя фиалка, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, спирт, вода, штатив с пробирками, раствор соляной кислоты, раствор гидроксила натрия.
Методика проведения эксперимента:
Сорвём несколько цветков с комнатного растения – фиалка. Измельчим цветки в ступке с небольшим количеством чистого речного песка и добавим несколько миллилитров спирто-водной смеси (1:1). Полученную смесь отфильтруем в стакан. Вытяжка приобретает сиреневый цвет. Приготовим пробирки с растворами соляной кислоты и гидроксида натрия, добавим в каждую пробирку по несколько капель фиалкового индикатора. В растворе с кислотой индикатор приобретает розовый цвет, а в растворе со щёлочью – зелёный.
Для проведения опытов целесообразно приготовить индикаторные бумажки. Полученными вытяжками из соков овощей, ягод и цветков пропитаем полоски фильтровальной (промокательной) бумаги, которые затем высушим в тени и сохраним в тёмных плотно закрытых склянках, на которых приклеим этикетки с названиями растений. Эти индикаторные бумажки можно использовать в школе при проведении лабораторных опытов. Результаты экспериментов оформляем в виде таблицы.
Получение индикатора фенолфталеина.
Оборудование:
Лекарственное вещество – пурген, спирт, вода, стакан, ступка с пестиком, штатив с пробирками, раствор соляной кислоты, раствор гидроксида натрия.
Методика проведения эксперимента:
Разотрём в ступке одну таблетку лекарственного вещества – пургена, размешаем с несколькими каплями спирта и разведём водой до 20-30 мл. Приготовим пробирки с растворами соляной кислоты и гидроксида натрия, добавим в каждую пробирку по несколько капель полученного индикатора. В растворе с кислотой индикатор остаётся бесцветным, а в растворе со щёлочью приобретает малиновую окраску.
Реакция нейтрализации.
Оборудование:
Пробирка, гидроксид натрия, соляная кислота, фенолфталеин.
Методика проведения эксперимента:
В пробирку прильём 1 мл раствора гидроксида натрия и добавим несколько капель фенолфталеина, раствор приобретает малиновую окраску. К полученному раствору будем по каплям приливать соляную кислоту. При добавлении кислоты окраска раствора исчезает, так как среда становится нейтральной, то есть протекает реакция нейтрализации.
Лакмус для цветов.
Оборудование:
Семь бумажных цветов из фильтровальной бумаги, раствор лакмуса, семь стаканчиков, уксусная кислота, лимонная кислота, питьевая сода, стиральный порошок, кальцинированная сода, нашатырный спирт, шампунь, вода.
Методика проведения эксперимента:
Среди веществ, которые можно найти дома на кухне, в аптечке или ванной комнате, есть кислоты и основания. Чтобы определить, какая среда в растворе (кислотная или щелочная) будем использовать индикатор – раствор лакмуса. Лакмус синеет в щелочной среде и становится красным в кислотной.
Сделаем из фильтровальной бумаги семь бумажных цветов (роз) и опустим их поочерёдно в раствор лакмуса. В нейтральной среде этот раствор фиолетовый.
Приготовим в стаканчиках водные растворы «домашних» реактивов: уксусной кислоты, лимонной кислоты, питьевой соды, нашатырного спирта, кальцинированной соды, стирального порошка, шампуня. В каждый из приготовленных растворов по очереди опускаем «лакмусовую» бумажную розу и обращаем внимание, как изменится её цвет. Таким образом, мы определяем, какие из домашних химических веществ кислоты, а какие- щёлочи. Результаты эксперимента оформляем в виде таблицы.
Занимательный эксперимент.
Оборудование:
Фильтровальная бумага, проволока, банка с крышкой, медный купорос, фенолфталеин, нашатырный спирт.
Методика проведения эксперимента:
Из фильтровальной бумаги и проволоки готовим два цветочка: розу и василёк. Бумажную розу необходимо пропитать раствором медного купороса, а бумажный василёк – спиртовым раствором фенолфталеина. Красиво разместим влажные цветы в банке, вольём в неё 10 мл нашатырного спирта и закупорим горловину крышкой. Через несколько минут роза станет ярко-синей (васильковой), так как медный купорос образует с аммиаком комплекс интенсивно-синего цвета. А василёк станет розово-малиновым, так как индикатор фенолфталеин в щелочной среде окрашивается в малиновый цвет.
Секретные чернила.
Оборудование:
Белый лист бумаги, раствор фенолфталеина, ручка с пером.
Методика проведения эксперимента:
На белом листе бумаги обычным пером пишут какой-нибудь текст, но вместо чернил берут спиртовой раствор фенолфталеина. Спирт быстро испаряется с бумаги, а фенолфталеин остаётся невидимым. По внешнему виду бумага кажется совершенно чистой. Для того чтобы прочитать текст необходимо приготовить раствор, имеющий щелочную среду (раствор гидроксида натрия, питьевой или кальцинированной соды или использовать нашатырный спирт)
Выводы по работе.
В ходе выполнения учебно-исследовательской работы, мы выяснили, что такое индикаторы, познакомились с их классификацией, историей открытия и способами получения. Экспериментальную часть работы мы выполняли дома и в школьной лаборатории. В ходе выполнения экспериментов, мы освоили методику получения природных индикаторов из растительного сырья, а также составили экспериментальную шкалу цветовых переходов природных индикаторов в различных средах. Мы считаем, что полученные нами индикаторы имеют преимущества перед синтетическими, потому что они дешёвые и доступные; но у них есть и существенные недостатки. Основной недостаток природных индикаторов – их сезонность и невозможность заготовить впрок: растворы довольно быстро скисают или плесневеют, теряют свои свойства. Другой, но не такой существенный недостаток – слишком медленное, постепенное изменение цвета при добавлении кислоты к щелочному раствору или наоборот. К тому же трудно бывает отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, резко меняющие свой цвет уже при небольшом изменении кислотности.
А также мы поняли, что химия – это замечательная наука! Она помогает нам дома и в школе, даёт пищу и одежду, снабжает необычными веществами и материалами и удивляет химическими чудесами. Химия позволит нам проникнуть в тайны природы, прикоснуться к прекрасному и познать многие вещества, окружающие нас. Как много ещё интересных открытий предстоит нам совершить, изучая химию.
Таблица №2.
Шкала цветовых переходов природных индикаторов в различных средах.
Природный индикатор кислая среда нейтральная среда щелочная среда краснокочанная капуста красный фиолетовый зелёный сахарная свёкла малиновый бордовый жёлто-коричневый клюква алый красный синий чёрный виноград красный бордово-красный зелёный домашняя фиалка розовый сиреневый жёлто-зелёный
Таблица №3.
Изменение окраски «лакмусовой» бумажной розы в водных растворах «домашних» реактивов.
Реактив роза до опыта роза после опыта уксусная кислота фиолетовая розовая лимонная кислота фиолетовая розовая питьевая сода фиолетовая синяя нашатырный спирт фиолетовая синяя кальцинированная сода фиолетовая синяя стиральный порошок фиолетовая синяя шампунь фиолетовая синяя
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
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.
