Исследовательская работа по химии на тему: "Индикаторы у нас дома". Самодельные индикаторы
Характер химической реакции, как известно, большей частью зависит от кислотности среды. От этого свойства зависит и поведение веществ. Поэтому, в химических лабораториях то и дело пользуются индикаторами для определения тех или иных веществ. Индикаторы не всегда можно купить, то попробуем приготовить самодельные индикаторы . 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. Попадая в кислую или в щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют нам об этом.
Летом собрать растительное "сырье" можно в лесу, в поле, в саду или в огороде. Возьмите яркие цветы, например, ирис, темные тюльпаны и розы, анютины глазки, мальву; наберите малины, ежевики, черники, голубики; запаситесь несколькими листами красной капусты и молодой свеклой.
Так как растворы самодельных индикаторов получают отвариванием, то они, естественно, быстро портятся. Поэтому, самодельные индикаторы 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. Приготовленные таким образом самодельные индикаторы после охлаждения профильтруйте и слейте в приготовленную заранее чистую склянку с этикеткой.
Чтобы обеспечить себя самодельными индикаторами на весь год, засушите летом лепестки и ягоды, разложите их по отдельным коробочкам, а потом, 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. Например, если добавить к ним ярко-синий отвар из цветков ириса, то под воздействием уксуса он станет , а соды - зелено-голубым. Результаты всех этих опытов тщательно записывайте, лучше всего в таблицу.
Самодельные индикаторы можно приготовить не только с листьев и ягод. На изменение кислотности четко реагируют изменением цвета некоторые соки и компоты. Выполнить роль самодельного индикатора может обычный борщ. Хозяйки это давно приметили. Чтобы борщ был ярко-красным, в него перед окончанием варки добавляют немного уксусной или лимонной пищевой кислоты. 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 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. Этот бесцветный раствор со временем не портится. Он пригодится для определения щелочной среды: в ней он мгновенно краснеет. Для проверки добавьте каплю-другую фенолфталеина к раствору стиральной соды.
Поговорим еще раз о растительных самодельных индикаторах. Когда-то было в моде писать приглашения на лепестках цветов. Писали их в зависимости от цветка и желаемого цвета надписи раствором кислоты или щелочи, пользуясь тонким пером или заостренной палочкой. Если хотите, попробуйте 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.
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
«Школа – интернат для детей с нарушением зрения»
В МИРЕ
ИНДИКАТОРов
| ВВЕДЕНИЕ | ||
| ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ИНДИКАТОРОВ | 4 - 5 |
|
| ХИМИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ | 6 - 8 |
|
| III. | ПРИРОДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ | 9 - 10 |
| ПРИМЕНЕНИЕ ИНДИКАТОРОВ | ||
| Биохимическая роль индикаторов и применение в медицине | ||
| Применение природных индикаторов в народном хозяйстве | ||
| Применение индикаторов в быту | ||
| 1 4 - 18 |
||
| Приготовление природных индикаторов из растительного сырья | ||
| Определение среды некоторых средств бытовой химии с помощью полученного индикатора | ||
| Определение среды растворов некоторых кисломолочных продуктов | ||
| ЗАКЛЮЧЕНИЕ | ||
| СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ |
ВВЕДЕНИЕ
Индикаторы широко используют в химии, в том числе и в школе. Любой школьник, скажет, что такое фенолфталеин, лакмус или метилоранж. При знакомстве с кислотами и основаниями я узнал, что при добавлении того или иного индикатора в кислотную или щелочную среду, растворы меняют свою окраску. Поэтому индикаторы используются для определения реакции среды (кислая, щелочная или нейтральная). Ещё нам рассказали, что соки ярко окрашенных ягод, плодов и цветков обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, т. к. тоже изменяют свою окраску при изменении кислотности среды.
Меня заинтересовал вопрос: какие растения могут использоваться в качестве индикаторов? Можно ли приготовить растворы растительных индикаторов самостоятельно? Пригодны ли самодельные индикаторы для использования в домашних условиях, например, для определения среды продуктов питания или средств бытовой химии с целью выявления их негативного влияния на кожу рук? Думаю, актуальность темы заключается в том, что свойства растительных объектов могут быть использованы для применения в разных областях науки, например, таких как химия.
Гипотеза: растворы растительных индикаторов можно приготовить самостоятельно и применять в домашних условиях для определения среды некоторых напитков и растворов моющих средств.
Цель работы : Изучить действие химических и природных индикаторов в различных средах.
Задачи:
Изучить литературные источники по теме;
Рассмотреть классификацию индикаторов;
Сделать определенные выводы по применению индикаторов в быту и природе;
Научиться выделять индикаторы из природного сырья;
Исследовать действие природных индикаторов в различных средах (определить среду растворов некоторых продуктов питания, ягодных соков и растворов моющих средств для посуды).
I . ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ИНДИКАТОРОВ
Впервые вещества, меняющие свой цвет в зависимости от среды, обнаружил в XVII
веке английский химик и физик Роберт Бойль.Он провел тысячи опытов. Вот один из них. 
В лаборатории горели свечи, в ретортах что-то кипело, когда некстати зашел садовник. Он принес корзину с фиалками. Бойль очень любил цветы, но предстояло начать опыт. Он взял несколько цветков, понюхал и положил их на стол. Опыт начался, открыли колбу, из нее повалил едкий пар. Когда же опыт кончился, Бойль случайно взглянул на цветы, они дымились. Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. И – что за чудеса - фиалки, их темно-фиолетовые лепестки, стали красными. Случайный опыт? Случайная находка? Роберт Бойль не был бы настоящим ученым, если бы прошел мимо такого случая. Ученый велел готовить помощнику растворы, которые потом переливали в стаканы и в каждый опустили по цветку. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Наконец, ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какие вещества содержатся в растворе. Затем Бойль заинтересовался, что покажут не фиалки, а другие растения.
Он приготовил для своих опытов водный настой лакмусового лишайника. Склянка, в которой он хранил настой, понадобилась для соляной кислоты. Вылив настой, Бойль наполнил склянку кислотой и с удивлением обнаружил, что кислота покраснела. Заинтересовавшись этим, Бойль на пробу добавил несколько капель настоя лакмуса к водному раствору гидроксида натрия и обнаружил, что в щелочной среде лакмус синеет.
Эксперименты следовали один за другим, проверялись васильки и другие растения, но всё же лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Так, в 1663 году, был открыт первый индикатор для обнаружения кислот и оснований, названный по имени лишайника лакмусом.
В 1667 году Роберт Бойль предложил пропитывать фильтровальную бумагу отваром тропического лишайника – лакмуса, а также отварами фиалок и васильков.Высушенные и нарезанные «хитрые» бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора.
Именно индикаторы помогли ученому открыть новую кислоту - фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде.
Лакмус стал самым древним кислотно-основным индикатором. Надо сказать, что само красящее вещество лакмус был известен ещё в Древнем Египте и Древнем Риме. Его добывали из некоторых видов лишайников, произраставших на скалах Шотландии, и использовали в качестве фиолетовой краски, но со временем, рецепт его приготовления был утерян. 
В 1640 году ботаники описали гелиотроп – душистое растение с темно-лиловыми цветками, из которого тоже было выделено красящее вещество. Этот краситель наряду с соком фиалоктоже стал широко применяться химиками в качестве индикатора, который в кислой среде был красным, а в щелочной – синим. 
Позже, в серединеXIX века химики научились искусственно синтезировать кислотно–основные индикаторы. Так в 1871 годунемецкий химик-органик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии, впервые осуществил синтез фенолфталеина.
В наши дни известны несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных.
II . ХИМИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ
Слово «индикатор» применяется в разных областях человеческой деятельности – механике, математике, биологии, экологии, экономике, в социальных, общественных науках и прочих.
Индикатор (от лат инскогоindicator - указатель) - это прибор, устройство, информационная система, вещество или объект, отображающий изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта в форме, наиболее удобной для непосредственного восприятия человеком визуально, акустически, тактильно или другим легко интерпретируемым способом. Мы будем рассматривать только химические индикаторы.
Химические индикаторы - это вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Они бывают природного и химического происхождения. Индикаторы применяют чаще всего для установления конца какой-либо химической реакции или концентрации водородных ионов по легко заметному признаку.Химические индикаторы делят обычно на несколько групп.
В школе используются самые распространенные кислотно – основные индикаторы. Их преимуществом является дешевизна, быстрота и наглядность исследования. Это растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет в зависимости от концентрации ионов водорода Н + (рН среды). 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. Такие индикаторы резко изменяют свой цвет в достаточно узких границах рН.
Универсальные индикаторы – это смеси нескольких индивидуальных индикаторов, подобранных так, что их раствор поочередно меняет окраску, проходя все цвета радуги при изменении кислотности раствора в широком диапазоне рН.
pH - водородный показатель. Это понятие ввёл датский химик Сёренсен для точной числовой характеристики среды раствора и предложил математическое выражение для его определения:
рН = -lg .
Характер среды имеет большое значение в химических и биологических процессах. В зависимости от типа среды эти процессы могут протекать с различными скоростями и в разных направлениях. Поэтому во многих случаях важно как можно более точно определять среду раствора. При рН = 7 – среда нейтральная, при рН 7 – щелочная. Среду исследуемого раствора можно приблизительно определить по окраске индикаторов.
Больше всего распространены индикаторы лакмус, фенолфталеин и метилоранж.
Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус
. Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь.Это порошок черного цвета, растворим в воде, 95 % спирте, ацетоне, ледяной уксусной кислоте. Его основными компонентами являются: азолитмин (C 9 H 10 NO 5) и эритролитмин (С 13 H 22 O 6). 
Окраска лакмуса в различных средах изменяется следующим образом:
Фенолфталеин
С 20 Н 14 О 4 (продается в аптеке под названием "пурген") - белый мелкокристаллический порошок, растворим в 95% спирте, но практически не растворим в воде. Применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен. 
Метиловый оранжевый
, C
14 H
14 N
3 O
3 SNa
, - кристаллический порошок оранжевого цвета, умеренно растворим в воде, нерастворим в органических растворителях. Метилоранж действительно оранжевый в нейтральной среде. В кислотах его окраска становится розово-малиновой, а в щелочах – желтой.
В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – зеленка). В сильнокислой среде его окраска желтая, а в сильнощелочной среде раствор обесцвечивается.
Помимо кислотно-основных известны и другие типы индикаторов:адсорбционные, комплексонометрические, флуоресцентные, изотопные, окислительно-восстановительные и прочие.
универсальной индикаторной бумагой.
В основе - смеси индикаторов, позволяющие определить значение рН растворов в большом диапазоне концентраций (1-10; 0-12). Растворами таких смесей - «универсальных индикаторов» обычно пропитывают полоски «индикаторной бумаги», с помощью которых можно быстро (с точностью до десятых долей рН) определить кислотность исследуемых водных растворов. Для более точного определения полученный при нанесении капли раствора цвет индикаторной бумаги немедленно сравнивают с эталонной цветовой шкалой.
III . ПРИРОДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ
Кислотно-основные индикаторы бывают не только химическими. Они находятся вокруг нас, только обычно мы об этом не задумываемся. Когда нет настоящих химических индикаторов, то для определения среды растворов можно успешно применять самодельные индикаторы из природного сырья.
Исходным сырьем могут служить цветы герани, лепестки пиона или мальвы, ирис, темные тюльпаны или анютины глазки, а также ягоды малины, черники, черноплодной рябины, соки вишни, смородины, винограда, плоды крушины и черемухи.
Эти природные индикаторы содержат окрашенные вещества (пигменты), способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую или щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют об этом.
Такими пигментами являются, прежде всего, антоцианы . Они имеют (преимущественно) красный цвет в кислой среде и синий или зеленый - в щелочной. Пример:
| Раствор щелочи | |||
| Раствор кислоты |
Именно антоцианы придают разнообразные оттенки розового, красного, голубого и лилового многим цветам, плодам и осенним листьям. Эта окраска часто зависит от рН клеточного содержимого, и потому может меняться при созревании плодов, отцветании цветков и увядании листьев.
Антоцианы - неустойчивые соединения, в клетках растений обычно содержится несколько различных антоцианов, и проявление их связано с химическим составом почвы и возрастом растения.
Обычный чай – тоже индикатор. Если в стакан с крепким чаем капнуть лимонный сок или растворить несколько кристалликов лимонной кислоты, то чай сразу станет светлее. Если же растворить в чае питьевую соду, раствор потемнеет (пить такой чай, конечно, не следует). Чай же из цветков каркаде дает намного более яркие цвета.
Индикатором являются и обычные чернила, которые под влиянием кислоты изменяют окраску с фиолетовой на зеленую, и вновь приобретают фиолетовую окраску при нейтрализации кислоты щелочью.
Сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной – на желтый. Зная свойство свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким. Для этого к борщу следует добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты.
Вот список растений, листья или плоды которых можно использовать для приготовления природных индикаторов.
| Виноград красный Вишня, сок ягод Герань розовая, лепестки Голубика, ягоды Гортензия Дельфиниум лепестки Земляника, ягоды Капуста красная, сок Карри порошок (куркума) Конский каштан, листья Луковая шелуха Мак, лепестки Маргаритки, лепестки |
Морковь, сок Петуния, лепестки Пион красный, лепестки |
Находясь летом в отпуске, можно засушить лепестки цветов и ягоды, из которых по мере необходимости готовить растворы, и таким образом обеспечить себя индикаторами.
Соки или отвары ярко окрашенных плодов или других частей растений, используемые в качестве природных индикаторов необходимо хранить в темной посуде. К сожалению, у природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся – скисают или плесневеют. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, резко изменяющие свой цвет в достаточно узких границах рН.
IV . ПРИМЕНЕНИЕ ИНДИКАТОРОВ
Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких сред, следить за изменением их состава или за протеканием химической реакции.
Как уже было сказано, в растениях очень много природных пигментов, природных индикаторов, большая часть которых относится к антоцианам.
Так как антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами, то их можно применять как индикаторы для идентификации кислотной, щелочной или нейтральной среды, как в химии, так и в быту. От кислотности среды зачастую зависит и поведение веществ, и характер реакции.
Природные индикаторы находят применение во многих областях человеческой деятельности: в медицине и экологии, в сельском и народном хозяйстве, в пищевой промышленности и в быту.
Так же антоцианы применяются в косметике, т.к. обладают стабилизирующим эффектом и являются коллагенами и в пищевой промышленности в виде добавки E163 в качестве природных красителей. Они применяются в производстве кондитерских изделий, напитков, йогуртов и других пищевых продуктов.
1. Биохимическая роль индикаторов и применение в медицине
Данные последних лет свидетельствуют, что красящие вещества растений выполняют огромную биохимическую роль, обладают многообразными лечебными эффектами и благотворно влияют на организм человека.
Антоцианы являются мощными антиоксидантами, которые сильнее в 50 раз витамина С. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Наибольшая концентрация антоцианов содержится в чернике. Поэтому препараты, содержащие чернику, наиболее востребованы в медицине.
Образуя комплексы с радиоактивными элементами, которые губительно действуют на наш организм, антоцианы способствуют быстрому выведению их из организмов. Таким образом, антоцианы являются гарантами долгой и здоровой жизни клеток, а значит, продлевают и нашу жизнь. Они оказывают защитное действие на сосуды, уменьшая их ломкость, помогают снизить уровень сахара в крови.
Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Антоцианы требуются клеткам головного мозга, улучшают память.
Антоцианы обладают уникальными свойствами – подавляют рост опухолей. Так, например недавние исследования показали, что употребление антоцианов в пищу помогает сократить риск заболевания раком пищевода и прямой кишки. Приготовленные из растений, содержащих антоцианы, водные и подкисленные настои в течение нескольких часов уничтожали бактерии дизентерии и брюшного тифа. Антоцианы помогают предотвратить развитие катаракты и в целом оказывают благоприятное воздействие на весь организм. Поэтому овощи и фрукты ярких цветов считаются полезными для организма.
2. Применение природных индикаторов в народном хозяйстве
Кроме медицины антоцианы также используются и в других областях народного хозяйства. Например, в сельском хозяйстве, для оценки химического состава почвы, степени её плодородия, при разведке полезных ископаемых. Добавив в антоциановый раствор горсть земли, можно сделать заключение о ее кислотности, т. к. на одной и той же почве в зависимости от ее кислотности один вид растений может давать высокий урожай, а другие будут угнетенными.
«Или взять хотя бы всем известный картофель. Он имеет различную окраску кожуры, глазков, проростков и мякоти. Различие окраски картофеля зависит от содержащихся в нем пигментов. Окрашенные клубни картофеля, как правило, богаче необходимыми для нашего организма веществами. Так, например, клубни с желтой мякотью имеют повышенное содержание жира, каротиноидов, рибофлавина и комплекса флавоноидов.».
«За счет способности антоцианов менять свою окраску можно наблюдать изменение цвета клубней картофеля в зависимости от применения минеральных удобрений и ядохимикатов. При внесении фосфорных удобрений картофель становиться белым, сульфат калия придаёт розовый цвет. Окраска клубней меняется под влиянием ядохимикатов, содержащих медь, железо, серу, фосфор и другие элементы. Такими свойствами обладают и другие растения содержащие природные индикаторы. Что позволяет оценить экологическую обстановку. При экологическом мониторинге загрязнений, использование растений содержащих природные индикаторы часто дает более ценную информацию, чем оценка загрязнения приборами. К тому же такой способ мониторинга состояния окружающей среды проще и экономичнее» (Н.Н.Третьяков. Учебник по агрономии).
3. Применение индикаторов в быту
Растительные индикаторы можно использовать и в быту.
Индикаторы помогают определять среду растворов различных средств бытовой химии и косметических средств, удалять пятна растительного происхождения.
Даже хозяйки используют индикаторы, чтобы борщ был ярко-красным - в него перед окончанием варки добавляют немного пищевой кислоты – уксусной или лимонной; цвет меняется прямо на глазах.
Давненько 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.
Ещё в прошлом веке реакцию йода с крахмалом (в результате которой все окрашивается в синий цвет) использовали, чтобы уличить недобросовестных торговцев, которые добавляли в сметану «для густоты» пшеничную муку. Если на образец такой сметаны капнуть йодной настойки, синее окрашивание сразу выявит подвох.
Раньше лакмус использовали в качестве красителя, но когда изобрели синтетические красители, использование лакмуса ограничилось. Для этой цели служат полоски фильтрованной бумаги, пропитанной раствором лакмуса.
V
1. Приготовление природных индикаторов
из растительного сырья
Задачи :
1. Получить природные индикаторы из доступных природных объектов.2. Составить шкалу изменения цвета для каждого индикатора.
Объект исследования:
Предмет исследования:
Методы исследования:
Из литературы я узнал, что приготовить вытяжку природных индикаторов можно разными способами – кипячением в воде или экстрагированием каким-либо растворителем, например – спиртом. Я приготовил индикаторы способом кипячения.
В качестве природных индикаторов были отобраны ягоды брусники, клюквы, черной смородины, свекла, морковь, куркума и черный чай.
|
|
|
|
| брусника | черная смородина |
|
|
|
|
|
| куркума, черный чай |
1. Изготовление индикаторов.
Для приготовления растительных индикаторов я взял по 50 г сырья, измельчил, залил 100 мл воды и прокипятил в течение 1-2 минут. Это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Полученные отвары были охлаждены и профильтрованы. С целью предохранения от порчи, в полученный фильтрат добавил спирт в соотношении 2:1.
2. Изучение действия индикаторов в различных средах, составление таблицы изменения цвета.
Получив растворы индикаторов, я проверил, какую окраску они имеют в разных средах.
По несколько капель каждого образца добавлял в растворы соляной кислоты HCl (среда кислая) и гидроксида натрия NaOH (среда щелочная).
Вывод. Все индикаторы изменили свой цвет в кислой и в щелочной среде. Лучше себя показали индикаторы из свеклы, чёрной смородины, брусники и клюквы. Не все вещества обладают ярко выраженными индикаторными свойствами. Черный чай изменяет цвет только в кислоте, а морковь и куркума - только в щелочной. Все данные исследования внесены в таблицу:
| Исследуемый объект | Исходная окраска | Окраска в кислоте | Окраска в щелочи |
| Ягоды брусники | малиновая | ||
| Ягоды клюквы | малиновая | ||
| Ягоды черной смородины | малиновая | ||
| бордовая | ярко-розовая | желто-зеленая |
|
| оранжевая | светло-оранжевая | ||
| коричневая |
|||
| Чай черный | коричневая | темно-коричневый |
Вот мои лучшие индикаторы
2. Определение среды некоторых средств бытовой химии с помощью полученных индикаторов
Цель: с помощью полученных индикаторов исследовать косметико-гигиенические и моющие средства.
Оборудование: образцы моющих и косметико-гигиенические средств; растительные индикаторы (из брусники, клюквы, черной смородины и свеклы); пробирки.
Ход опыта : Я растворил выбранные образцы моющих средств и средств бытовой химии в воде, и поочередно добавлял к полученным растворам растворы моих индикаторов. Результаты исследований занесены в таблицу.
| Исследуемое вещество | черная смородина | брусника | |||
| Кислородный гель для эмали, акрила и гранита. САНЭЛИТ ЗАО «Ашот» | бледно-розовый | малиново-розовый | малиново-розовый | бордово-бурый | Среда раствора нейтральная, слабо-кислая |
| Средство для стекол (с наш.спиртом) МrMuscule | бледно-розовый | бледно-розовый | грязно-розовый | коричн.-зеленый | Среда раствора слабо-щелочная |
| Шампунь-кондиционер. Чистая линия | малиновый | Среда раствора нейтральная |
|||
| Мыло обыкновенное | бледно-розовый | бледно-розовый | коричн.-зеленый | Среда раствора слабо-щелочная |
Результаты исследований:
Средство для мытья стекол и хозяйственное мыло имеют слабо-щелочную среду раствора, поэтому эти средства не должны попадать в глаза и разрушают естественную защиту кожи.
На уроках биологии и химии я узнал, что внешняя поверхность эпидермиса покрыта микроскопически тонким слоем – кислотной мантией. В эпидермисе протекает множество биохимических процессов. В результате образуются кислоты – молочная, лимонная и другие. Плюс к этому: кожное сало и пот. Все это и составляет кислотную мантию кожи. Следовательно, нормальная кожа имеет кислую реакцию, рН кожи составляет в среднем 5,5.
При использовании моющих средств, имеющих щелочную среду, мы нарушаем нормальную кислотную среду кожи рук. Для предохранения кожи рук от негативного воздействия таких средств, нужно работать с ними только в перчатках. Ещё лучше, пользоваться другими средствами: например, руки мыть хорошим туалетным мылом или гелем, или детским мылом, в которые добавлены нейтрализующие щелочь вещества. Они меньше раздражают кожу.
Шампунь в моей семье правильный, среда его раствора близка к среде кожи головы – он совершенно безопасен.
3. Определение среды растворов некоторых
кисломолочных продуктов
Так же я проверил реакцию среды кисломолочных продуктов, имеющихся у нас дома. Но так как растворы природных индикаторов закончились, я работал с бумажным универсальным индикатором. Опустив индикаторную полоску в кефир и домашнюю простоквашу, я заметил, что бумажка порозовела. Я доказал наличие кислоты в этих продуктах.
Это молочная и другие органические кислоты, которые усиливают выделение желудочного сока, улучшают функционирование кишечника, нормализуют его микрофлору. Ученые утверждают, что кисломолочные культуры легче, по сравнению с натуральным молоком, усваиваются организмом и препятствуют размножению вредных патогенных микробов, вызывающих гнилостные процессы.
Хорошо, что в нашей семье любят такие продукты.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Из литературных и интернет-источников я узнал о действиях химических и природных индикаторов в различных средах, т.е. достиг своей главной цели. Узнал, на какие группы делятся индикаторы, как ведут себя в кислотных, основных и щелочных средах. Оказывается, индикаторы можно использовать для различных целей. Например, чтобы отстирать пятно от ягод сначала нужно застирать вещь в кислой среде, а только потом обычным моющим средством. И еще можно использовать индикаторы для того, чтобы с их помощью определить среду моющих средств и выбрать наиболее приемлемое средство.
После проведения ряда опытов я убедился, что индикаторы в действительности являются веществами, изменяющими окраску при изменении концентрации ионов водорода в растворе, и подтвердил свою гипотезу.
В современном мире при огромнейшем разнообразии химических веществ необходимо знать правила правильного использования этих веществ. Не пренебрегайте инструкцией по применению.
Проведя исследовательскую работу, я пришел к следующим выводам:
Многие природные растения обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, способных изменять свою окраску в зависимости от среды, в которую они попадают. Это, так называемые, природные индикаторы, ярко окрашенные цветы и плоды растений;
Растворы растительных индикаторов можно использовать, например, в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов гигиенически-моющих средств и качества продуктов в домашних условиях;
Самодельные индикаторы из природного сырья можно применять на уроках химии в школах, если существует проблема обеспечения школы химическими реактивами.
К сожалению, почти у всех природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся, поэтому чаще используются более устойчивые спиртовые растворы. Положительным моментом является то, что они экологически безопасны, и их можно приготовить и использовать в домашних условиях.
Надеюсь, что моя работа привлечёт внимание учащихся и педагогов, так как полученная информация может быть использована в узко прикладном направлении, например в домашнем хозяйстве и на даче. А ещё надеюсь, что моя работа будет способствовать развитию у ребят любознательности и наблюдательности.
1. Растительные индикаторы можно использовать и в быту. Сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной – на желтый. Зная свойство свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким. Для этого к борщу следует добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты.
2. Для определения состава лекарств, которые употребляют для лечения, можно использовать природные индикаторы. Многие лекарственные препараты представляют собою кислоты, соли и основания. Изучив их свойства, можно обезопасить себя. Например, аспирин (ацетилсалициловую кислоту) и многие витамины нельзя принимать на голодный желудок, так как кислоты, входящие в их состав, будут повреждать слизистую желудка.
3. Результаты исследовательской работы можно использовать для определения среды различных растворов, например, молочных продуктов, бульонов, лимонада и других, а также для определения кислотности почвы, т. к. в зависимости от этого один вид растений может давать высокий урожай, а другие будут угнетенными.
4. "Народный" способ для определения кислотности почвы. Положите в стеклянную посуду 3-4 листа черной смородины или вишни и залейте их стаканом кипятка. Когда вода остынет, бросьте в нее комочек земли. Если вода покраснеет - почва определенно кислая, посинеет - слабокислая, а если станет зеленой - нейтральная.
5. Моющие средства для посуды имеют щелочную среду и при их применении необходимо использовать резиновые перчатки для защиты кожи рук от негативного воздействия, т. к. щелочная среда разрушает кислотную мантию эпидермиса.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2002.
Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. Книга для учащихся, учителей и родителей. – М.: АСТ-ПРЕСС, 1999.
Байкова В.М. Химия после уроков. - Петрозаводск: Карелия, 1984.
Балаев И.И. Домашний эксперимент по химии.(Пособие для учителя) - М.: Просвещение, 1977.
Габриелян О.С. Химия.11 класс. Базовый уровень: учеб.для ОУ. - М.: Дрофа. 2008.
Кременчугская М. Химия. – М.: Филологическое общество «Слово»,1995.
Крешков А.П. Основы аналитической химии, 3 изд., кн. 2 – М., 1971.
Леенсон И.А. Занимательная химия. - М.: РОСМЭН, 2001.
9. Назарова Т.С, Грабецкий А.А. Химический эксперимент в школе. – М. 1987.
10. Научно – практический журнал «Химия для школьников», №4, 2007.
11.Нифантьев Э.Е. Внеклассная работа по химии с использованием хроматографии.- М.: Просвещение, 1982.
12. Савина Л.А. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. – М.: АСТ, 1996.
13. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. – М.: Дрофа, 2002.
14. Пилипенко А.Т. Справочник по элементарной химии. – Киев.Наукова думка. 1973.
15. Учебно–методическая газета для учителей химии «Первое сентября», №22, 2007.
16. Храмов В.А. Аналитическая биохимия. - Волгоград: Издательство «Учитель», 2007.
17. Штемплер Г.И. Химия на досуге. – М.: Просвещение, «Учебная литература», 1996.
18. Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982.
Интернет-ресурсы:
1. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1684.html
3. http://ru.wikipedia.org/wiki.
4. http://www.alhimik.ru
5. http://www.planetseed.com/ruru
6. http ://www . alchemic.ru. «Добрые советы».
Просмотр содержимого презентации
«В мире индикаторов»
В мире индикаторов
Исследовательский проект
ученика 8 класса
Гоголева Сергея,
руководитель Захарова Л.Ю.
Цель работы: Изучить действие химических и природных индикаторов в различных средах
- изучить литературные источники по теме; рассмотреть классификацию индикаторов; сделать определенные выводы по применению индикаторов в быту и природе; научиться выделять индикаторы из природного сырья; исследовать действие природных индикаторов в различных средах.
- изучить литературные источники по теме;
- рассмотреть классификацию индикаторов;
- сделать определенные выводы по применению индикаторов в быту и природе;
- научиться выделять индикаторы из природного сырья;
- исследовать действие природных индикаторов в различных средах.
Из истории открытия…
Роберт Бойль, английский химик
и физик XVII века, впервые обнаружил
вещества, меняющие свой цвет
в зависимости от среды.
лакмусовый
лишайник
лакмусовые
гелиотроп
Индикатор (от латинского indicator - указатель)
индикатор напряжения
индикатор часового типа
индикатор
заряда батареи
индикатор
скрытой проводки
индикатор уровня звука
индикатор износа шин
ХИМИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ
Химические индикаторы - это вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе.
7 МЕТИЛОРАНЖ бесцветный красный оранжевый синий малиновый розовый желтый" width="640"
Название
индикатора
Нейтральная среда
ЛАКМУС
ФЕНОЛФТАЛЕИН
Кислая
c реда
бесцветный
фиолетовый
Щелочная среда
МЕТИЛОРАНЖ
бесцветный
красный
оранжевый
синий
малиновый
розовый
желтый
В настоящее время химики часто пользуются универсальной индикаторной бумагой
ПРИМЕНЕНИЕ ИНДИКАТОРОВ
Экология
Пищевая промышленность
Сельское хозяйство
ПРИРОДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ
Медицина
Домашнее хозяйство
Производство косметических средств
Медицина
Антоцианы - мощные антиоксиданты, в 50 раз сильнее витамина С:
- выводят радиоактивные вещества, продлевая жизнь клеткам;
- полезны для зрения;
- требуются клеткам головного мозга,
- улучшают память,
- подавляют рост опухолей.
Сельское хозяйство
Изучение
плодородия почв
Анализ
экологических
вопросов
Анализ средств бытовой
химии и косметических средств
Добавление пищевой
кислоты в борщ сделает его ярко-красным
- Задачи :
- 1. Получить природные индикаторы из доступных природных объектов.
- 2. Составить шкалу изменения цвета для каждого индикатора.
- Объект исследования : природные растения, обладающие свойствами индикаторов.
- Предмет исследования: растворы самодельных растительных индикаторов.
- Методы исследования:
- Изучение научно-популярной литературы;
- Получение растворов индикаторов и работа с ними.
1. Приготовление природных индикаторов из растительного сырья
ч. смородина
брусника
клюква
свекла
куркума
морковь
Ч. чай
Таблица действия индикаторов
Исследуемый объект
Исходная окраска
Ягоды брусники
малиновая
Ягоды клюквы
Окраска в кислоте
Ягоды черной смородины
малиновая
розовая
Окраска в щелочи
зеленая
малиновая
розовая
Свекла
Морковь
зеленая
розовая
бордовая
оранжевая
зеленая
ярко-розовая
Куркума
желто-зеленая
светло-оранжевая
желтая
Чай черный
желтая
коричневая
желтая
коричневая
желтая
темно-коричневый
2. Определение среды некоторых средств
бытовой химии с помощью
полученных индикаторов.
Исследуемое вещество
клюква
Кислородный гель для эмали, акрила и гранита.
САНЭЛИТ ЗАО «Ашот»
бледно-розовый
черная смородина
Средство для стекол
(с наш.спиртом)
М rMuscule
бледно-розовый
малиново-розовый
Шампунь-кондиционер.
Чистая линия
брусника
малиново-розовый
Мыло обыкновенное
свекла
бледно-розовый
розовый
малиновый
бледно-розовый
грязно-розовый
бордово-бурый
Вывод
коричн.-зеленый
бледно-розовый
Среда раствора
нейтральная, слабо-кислая
коричн.
коричн.-зеленый
Среда раствора нейтральная
Среда раствора слабо-щелочная
Исследуемые средства
имеют щелочную реакцию растворов
- Исследуемые молочные продукты имеют кислую реакцию растворов
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.
