Исследовательский проект "в мире индикаторов". Растительные индикаторы
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.
МКОУ Маршанская средняя школа
Исследовательская работа по химии
«Индикаторы в нашей жизни».
Работу выполнили ученицы 8 класса
Сидорова Лариса
Курышко Анастасия
Бурматова Светлана
Руководитель: Синицина Маргарита
Анатольевна - учитель химии
2016 год
Введение
История открытия индикаторов
Классификация индикаторов.
Природные индикаторы
Экспериментальная часть.
Заключение.
Список используемой литературы.
1. Введение
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. Что такое индикаторы?
На уроках при изучении темы «Важнейшие классы неорганических соединений» мы использовали такие индикаторы как лакмус, фенолфталеин и метилоранж.
Индикаторы (от английского indicate-указывать) - это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. С помощью индикаторов можно определить среду раствора
Мы решили выяснить: можно ли в качестве индикаторов использовать те природные материалы, которые есть дома.
Цель работы:
Изучить понятие об индикаторах;
Ознакомиться с их открытием и выполняемыми функциями;
Научиться выделять индикаторы из природных объектов;
Исследовать действие природных индикаторов в различных средах;
Методы исследования :
Изучение научно-популярной литературы;
Получение растворов индикаторов и работа с ними
2. История открытия индикаторов
Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский физик и химик Роберт Бойль. Бойль проводил различные опыты. Однажды, когда он проводил очередное исследование, зашел садовник. Он принес фиалки. Бойль любил цветы, но ему необходимо было проводить эксперимент. Бойль оставил цветы на столе. Когда ученый закончил свой опыт он случайно посмотрел на цветы, они дымились. Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. И – что за чудеса- фиалки, их темно- фиолетовые лепестки, стали красными. Бойль заинтересовался и проводил опыты с растворами, при этом каждый раз добавлял фиалки и наблюдал, что происходит с цветками. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обыкновенные бумажные полоски. Дождался, когда они пропитаются настоем, а затем высушил их. Эти хитрые бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора. Именно индикаторы помогли ученому открыть новую кислоту - фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде. В настоящее время на практике широко применяют следующие индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый.
2. Классификация школьных индикаторов и способы их использования
Индикаторы имеют различную классификацию. Одни из самых распространенных – кислотно-основные индикаторы, которые изменяют цвет в зависимости от кислотности раствора. В наше время известны несколько сот искусственно синтезированных кислотно-основных индикаторов, с некоторыми из них можно познакомиться в школьной химической лаборатории.
Фенолфталеин (продается в аптеке под названием "пурген") - белый или белый со слегка желтоватым оттенком мелкокристаллический порошок. Растворим в 95 % спирте, практически не растворим в воде. Бесцветный фенолфталеин в кислой и нейтральной среде бесцветен, а в щелочной среде окрасится в малиновый цвет. Поэтому фенолфталеин используется для определения щелочной среды.
Метиловый оранжевый - кристаллический порошок оранжевого цвета. Умеренно растворим в воде, легко растворим в горячей воде, практически нерастворим в органических растворителях. Переход окраски раствора от красной к желтой.
Лакмоид (лакмус) - порошок черного цвета. Растворим в воде, 95 % спирте, ацетоне, ледяной уксусной кислоте. Переход окраски раствора от красной к синей.
Индикаторы обычно используют, добавляя несколько капель водного или спиртового раствора, либо немного порошка к исследуемому раствору.
Другой способ применения - использование полосок бумаги, пропитанных раствором индикатора или смеси индикаторов и высушенных при комнатной температуре. Такие полоски выпускают в самых разнообразных вариантах - с нанесенной на них цветной шкалой - эталоном цвета или без него.
3. Природные индикаторы
Кислотно-основные индикаторы бывают не только химическими. Они находятся вокруг нас, только обычно мы об этом не задумываемся. Это растительные индикаторы, которые можно использовать в быту. Например, 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. 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.
В качестве природных индикаторов чаще всего используют соки или отвары ярко окрашенных плодов или других частей растений. Такие растворы необходимо хранить в темной посуде. К сожалению, у природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся – скисают или плесневеют (более устойчивы спиртовые растворы). При этом трудно или невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, резко изменяющие свой цвет в достаточно узких границах рН.
Экспериментальная часть
Какие же индикаторы можно использовать дома? Для ответа на этот вопрос мы исследовали растворы соков плодов и цветков растений, таких как каланхоэ (оранжевые, красные и белые цветы), морковь, синий и желтый лук (шелуха и сама луковица), тюльпан (цветы красного цвета и зеленые листья), герань (цветы розовые и белые), одуванчик, анютины глазки,черная смородина и малина (ягоды). Мы готовили растворы отжатых соков этих растений и плодов, так как растворы быстро портятся, то мы готовили их непосредственно перед опытом следующим образом: немного листьев, цветов или плодов растирали в ступке, затем добавляли немного воды. Приготовленные растворы природных индикаторов исследовали раствором кислоты (соляная кислота) и щелочи (гидроксид натрия). Все взятые для исследований растворы меняли или не меняли свой цвет в зависимости от среды. Результаты полученных исследований были занесены в таблицу
| Исследуемый объект | Исходная окраска раствора в нейтральной среде | Окраска в кислой среде | Окраска в щелочной среде |
| Каланхоэ (оранжевые цветы) | бледно-желтая | желтый | бледно-желтый |
| Каланхое (красные цветы) | темно-бордовая | розовая | изумрудно-зеленая |
| Каланхоэ (розовые цветы) | сиреневая | розовая | зеленая |
| Тюльпан (цветы красные) | темно-бордовая | темно-оранжевая | желто-зеленая |
| Тюльпан (листья) | светло-зеленая | без изменений | зеленая |
| Синий лук (шелуха) | |||
| Синий лук (луковица) | |||
| Желтый лук (шелуха) | |||
| Желтый лук (луковица) | |||
| Морковь (сок) | оранжевая | ||
| Свекла (сок) | |||
| Одуванчик | желто-зеленая | светло-желтая | темно-желтая |
| Ягоды черной смородины | |||
| Ягоды малины | |||
| Герань (цветы ярко-розовые) | ярко-розовая | ярко-розовая | светло-коричневая |
| Герань (цветы белые) | белая | светло-желтая | белая |
| Анютины глазки (цветы фиолетовые) | фиолетовая | ярко-розовая | изумрудно-зеленая |
| Анютины глазки (цветы желтые с коричневой серединкой) | серая | ярко-зеленая |
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.
Хочу рассказать Вам об опытах с индикаторами . Индикаторы — это вещества меняющие свой цвет при взаимодействии с другими веществами.
Хотели мы в аптеке купить фенолфталеин чтобы похимичить, но нам сказали, что в аптеке такое не продают. Тогда мы поискали у себя на кухне индикаторы .
Оказывается чай является индикатором !
И почти каждый это наблюдал. Чай с лимоном становится намного светлее, а еще приобретает новый аромат и вкус;-) А если добавить в чашку с чаем соду, то чай станет темнее. Думаю, что чай с содой не стоит пить.
Чай светлеет, если добавить кислоту. Темнеет чай в присутствии щелочи.
Сок свеклы тоже является индикатором.
Все знают, что бы борщ выглядел красивее в него добавляют кислые вещества — томатную пасту или немного уксуса. Мы провели опыт с соком свеклы. Натерли на терке одну свеклу, залили ее водой. Спустя 15 минут профильтровали через марлю, и такой сок разлили по стаканчикам. Затем добавили нашатырный спирт, уксус и соду , один стаканчик оставили для сравнения. Видно, что цвет изменился. От соды — потемнел, от уксуса — посветлел, а от нашатыря стал бурый.
Еще одно фото, чтобы рассмотреть изменение цвета от нашатыря.
Сок краснокочанной капусты — индикатор
Но самым замечательным кухонным индикатором, лично по нашему мнению, является сок краснокочанной капусты.
Посмотрите наше видео про этот чудо сок.
Мы использовали очень концентрированный сок, но для того чтобы увидеть реакции взаимодействия с другими веществами, сок можно разбавить водой. А еще прочла, что можно использовать вместо сока отвар, но это не проверяли.
Готовили мы из этого волшебного сока еще и индикаторные полоски
Отжали сок... Кстати, удобнее не мучить капусту в блендером, а просто натереть на терке, но это пришло с опытом. В соке замочили белую бумагу, она пропиталась хорошенько, высушили ее... Конечно эти полоски реагировали на кислоту и щелочь, но очень незначительно. Думаю, что не стоит с этими полосками затеваться. Тем более, что запах у этих полосочек, как у очень испорченной капусты.
Решили мы применить свои знания для приготовления еды. Приготовили бирюзовую яичницу. Хотите удивить своих детей? Приготовьте чудо еду.
Придумайте, что еще можно приготовить с соком краснокочанной капусты. Пишите, а мы попробуем реализовать!
На кухне много индикаторов, которые легко можно использовать в ходе опытов. И эти ингредиенты — природные компоненты. А значит безвредные для применения в вашей домашней лаборатории. Но все таки эти индикаторы придают особую яркость экспериментам. А чем больше красок — тем интереснее и ярче опыты. Хотите еще больше опытов — ДАРЮ . В этой книге собраны простые, но звонкие фокусы со звуком.Буду благодарна, если оставите отзывы об опытах в комментариях и поделитесь фотографиями из вашей домашней лаборатории. До скорой встречи, друзья.
Удачных экспериментов! Наука – это весело!
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.
