Курсовая работа по химии Тема: «Получение индикаторов из природных источников. Исследование их свойств (pH перехода, устойчивость)

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)

Цель:

1. Рассмотреть историю открытия некоторых кислотно-основных индикаторов.
2. Изучить методику приготовления природных индикаторов.
3. Определить экспериментальным путем возможность использования природных индикаторов для определения среды некоторых бытовых растворов.
4. Развитие и укрепление интереса к предмету.
5. Совершенствование экспериментальных умений и навыков, развитие опыта самореализации, положительной мотивации к обучению, опыта коллективного взаимодействия.

1. Теоретическая часть . Индикаторы (от английского indicate-указывать) - это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. С помощью индикаторов качественно определяют реакцию среды. Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский химик и физик Роберт Бойль. Чтобы понять, как устроен мир, Бойль 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, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Затем Бойль заинтересовался, что покажут не фиалки, а другие растения. Эксперименты следовали один за другим. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Тогда 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.

Одним из давно известных индикаторов является лакмус. Хотя лакмус уже в течение нескольких столетий, верно, служит людям, его состав так до конца и не изучен. Лакмус- это сложная смесь природных соединений. Он был известен уже в Древнем Египте и в Древнем Риме, где его использовали в качестве фиолетовой краски- заменителя дорогостоящего пурпура. Затем рецепт приготовления лакмуса был утерян. Лишь в начале 14 века во Флоренции вновь была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу, причем способ ее приготовления в течение многих лет держали в секрете.

Готовили лакмус 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 17 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 17 веке из гелиотропа - душистого садового растения с темно- лиловыми цветками. Именно с этого времени, благодаря Р. Бойлю, орсейль и гелиотроп стали использовать в химической лаборатории. И 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 19 веке на смену лакмусу пришли более прочные и дешевые синтетические красители, поэтому использование лакмуса ограничивается лишь грубым определением кислотности среды. На смену лакмусу в аналитической химии пришел 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 известны несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных начиная с середины 19 века. Индикатор метиловый оранжевый (метилоранж) в кислой среде красный, в нейтральной – оранжевый, а в щелочной – синий.

Более яркая цветовая гамма свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной – желтый, а 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.

Для установления методики приготовления растительных индикаторов дети изучали и исследовали соки ярко окрашенных плодов и ягод, клеточный сок лепестков цветков разных растений, таких как: ромашки, шиповника, календулы, свеклы, пиона, черники, черной смородины, чая, отвар коры дуба, брюссельской капусты. Наилучшие результаты были получены при использовании следующих растений: черники и смородины.

Методика приготовления самодельных растительных индикаторов.

1. Приготовили отвар из сока ягод черники или черной смородины.
2. К 30 г. ягод добавили 1 столовую ложку горячей воды.
3. Довели раствор до кипения.
4. Охладили, дали раствору отстояться.
5. Отфильтровали. Для фильтрования использовали воронку, приготовленную из пластмассовой бутылки и фильтровальную бумагу.
6. Нарезали фильтровальную бумагу.
7. Пропитали полоски фильтровальной бумаги приготовленным отваром.
8. Высушили полоски, не допуская попадания яркого свет.
9. Хранили приготовленные индикаторные бумажки в темной посуде.
10. Испытали действие приготовленных индикаторов в стандартных кислотно- основных растворах: уксусной кислоты и соды.

1. Приготовленные индикаторы использовали для определения среды разных бытовых растворов: растворов мыла, зубной пасты, сока, кефира, молока, шампуня. Сделали вывод о среде этих растворов. Результаты занесите в таблицу.

1. Проанализируйте результаты полученных исследований. Сделайте выводы.

Литература.

1. А.А. Карцова. Химия без формул или знакомые незнакомцы.Авалон, Азбука-классика, СПб.-2005.
2. Г.И.Штремплер. Домашняя лаборатория. (Химия на досуге). М., Просвещение, Учебная литература.- 1996.
3. Химия: Энциклопедия для детей.- М.: Аванта+, 2000.
4. О.С.Габриэлян. Настольная книга учителя. Химия.8 класс, Дрофа, М.-2002.
5. Б.Д.Степин, Л.Ю. Аликберова. Книга по химии для домашнего чтения., М. Химия.-1995

Транскрипт

1 МБОУ «Лицей 9 имени А.С Пушкина ЗМР РТ» Научно исследовательская работа «Природные индикаторы» Выполнила: Челюканова Карина Владимировна ученица 8 класса Научный руководитель: Чугунова С.А., учитель химии высшей квалификационной категории 2014 г.

2 Содержание Введение стр История открытия индикаторов стр Природные индикаторы стр Экспериментальная часть 3.1.Выбор материалов для приготовления индикаторов стр Результаты испытания растений индикаторов стр Результаты испытаний индикатором из растительного сырья (черной смородины) стр Выводы стр Список литературы стр. 9

3 ВВЕДЕНИЕ Опыт единственно верный путь спрашивать природу и слышать ответ в её лаборатории. Д.И.Менделеев. Целью данной работы являетсяизучение возможности получения веществ, являющихся кислотно основными индикаторами из растительного сырья и применение их для определения рн некоторых, используемых в быту, растворов. Объект исследования экстракты плодов растений как предполагаемых индикаторов. Задачи исследования: 1. Познакомиться с историей получения и применения индикаторов. 2. Собрать растения индикаторы. 3. Приготовить вытяжки из растительного материала. 4. Испытать природные индикаторы растворами кислот и оснований. 5. Доказать экспериментальным путем возможность использования экстрактов плодов растений в качестве химических индикаторов. 1.История открытия индикаторов Выделенные из растений пигменты красящие вещества были известны еще в Древнем Египте и Древнем Риме. Что же касается начала использования органических веществ в качестве индикаторов, то оно относится к XVII в. и связано с именем известного английского ученого физика и химика Роберта Бойля (). В лаборатории Р.Бойля на основе этого раствора была впервые изготовлена лакмусовая бумажка. После некоторых раздумий такие вещества Р.Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означало «указатели».

4 2.Природные индикаторы Индикаторы (от латинского indicator указатель) это сложные органические вещества, которые меняют цвет в зависимости от того, попали они в кислую, щелочную или нейтральную среду. Больше всего распространены индикаторы лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый (метилоранж). Если нет настоящих химических индикаторов, то для определения среды растворов можно успешно применять самодельные индикаторы из природного сырья. Природные индикаторы содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую или щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют об этом. 3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1.Выбор материалов для приготовления индикаторов Одним из важнейших этапов моего исследования является выбор сырья для приготовления индикатора, с помощью которого я исследовала растворы: воды (нейтральная среда), соды (щелочная среда), уксусной кислоты (кислотная среда), сока черной смородины, вишни (ягоды), клубники (ягоды), моркови (сок), свеклы (сок), каркаде (красный чай), куркумы, красной смородины (ягоды). Тестирование индикаторов универсальной индикаторной бумагой Я приготовила сок черной смородины, раствор порошка куркумы, настой чая каркаде, сок свеклы, сок клубники и разделила их на 2 пробирки. В одну добавила уксус (кислотная среда), в другую добавила раствор соды (щелочная среда). Растворы исследовала универсальной индикаторной бумагой.

5 Выводы: все соки, настои, имеющие красный цвет, в кислой среде имеют ярко-красный цвет, в щелочной от светло-зеленого до темнозеленого.исключение: свекла, которая в щелочной среде имеет желтый цвет. 3.2.Результаты испытания растений-индикаторов Я решила в качестве индикатора использовать сок черной смородины. Во все пробирки с испытуемыми растениями-индикаторами я добавила несколько капель сока черной смородины. Сырье для Естественный Цвет раствора приготовления цвет индикатора в кислой в в растворе индикаторов (универсальный) среде рн > 7 (добавим уксус) щелочной среде рн < 7 (добавим соду) сока черной смородин ы Вишня (ягоды) Темно-красный Ярко- Грязно- Темно- ph=1 красный зеленый красный Клубника Розовый Оранжевы Светло- Красный (ягоды) ph=2 й коричневы й Морковь Светло- Желтый Светло- Ярко- (плоды) оранжевый зеленый красный ph=4-5 Свекла (плоды) Рубиновый Ярко- Желтый Темно-

6 ph=0 красный красный Каркаде(красны й чай) Черная смородина (ягоды) Темно-красный ph=1 Бордовый ph=0 Красный Грязнозеленыкрасный Темно- Красный Зеленый _ Куркума Оранжевый Светло- Грязно- Темно- (порошок) ph=3 оранжевый зеленый оранжевый Красная смородина (ягоды) Ярко-красный ph=2 Розовый Зеленый Темнокрасный Вывод: при добавлении сока черной смородины к сокам, настоям цвет индикатора варьируется от темно-оранжевого до темно-красного Результаты испытаний индикатора из растительного сырья (черной смородины) Я приготовила растворы из используемых в быту веществ, и исследовала с помощью универсальной индикаторной бумаги (рн 0 12) с эталонной шкалой. Было установлено, что рн этих растворов изменяется в интервале рн 1 11; причем только три из десяти растворов показали кислую реакцию среду. В качестве сырья для приготовления индикаторного раствора я взяла мороженые ягоды смородины черной (Ribesnigrum) сине фиолетового цвета.

7 При исследовании сока замороженной черной смородины (темно - красный) изменение цвета было явно как в кислой среде (на ярко - красный), так и в щелочной (на ярко - синий). В пробирку с исследуемым раствором вносили несколько капель приготовленного раствора индикатора. Результаты представлены в таблице. Растворы ph Зубная паста 8 Сода 10 Уксус 3 Молоко 6 Поваренная соль 7 Нашатырный спирт 11 Мыло 9 Растворы Зубная паста Сода Уксус Молоко Поваренная соль Нашатырный спирт Мыло Сок черной смородины Грязно-голубой Голубой Розовый Светло-бордовый Ярко-розовый Синий Светло-розовый В результате проведенной работы был получен кислотно-основный индикатор из растительного сырья (черной смородины). Он был применен для определения рн используемых в быту растворов. Экспериментальным

8 путем было доказано, что точность определения рн среды индикатором из черной смородины сопоставима с точностью универсального индикатора. Во всех растворах результаты тестирования индикатором из черной смородины совпали с результатами тестирования универсальным индикатором. Таким образом, мы доказали, что экстракт ягод черной смородины может быть использован в качестве кислотно основного индикатора. 4.ВЫВОДЫ 1.Пигменты растений могут использоваться в качестве индикаторов. Эти индикаторы обладают достаточно высокой чувствительностью, особенно ярко окрашенные соки черной смородины, клюквы, калины, черники и свеклы, вишни, каркаде (красный чай). Свойства этих индикаторов сравнимы со свойствами универсальной индикаторной бумаги. 2. Сок черной смородины в кислой среде изменяет свой цвет на розовый, а в щелочной на синий. 3.Растворы растительных индикаторов могут быть использованы в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов в школьной химической лаборатории. Легкость приготовления и безопасность делают подобные индикаторы легкодоступными, а значит хорошими помощниками в работе с кислотами и основаниями. 4. Интенсивность окраски индикаторов зависит от концентрации исследуемых растворов, что позволяет приблизительно оценить агрессивность среды. 5. Растительные индикаторы можно использовать 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.

9 6. 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 (ацетилсалициловая кислота), многие витамины нельзя принимать на голодный желудок, так как кислоты, входящие в их состав, будут повреждать слизистую желудка. 7. Природные индикаторы можно использовать для определения кислотности почвы, так как на одной и той же почве в зависимости от ее кислотности один вид растений может давать высокий урожай, а другие будут угнетенными. 5. Список литературы 1. Пилипенко А.Т. «Справочник по элементарной химии». Киев «Наукова думка». 1973г. Стр Информация с 1september.ru. 3. Детская энциклопедия. М.Академия педагогических наук. РСФСР. 1966г. Стр Информация с веб сайта alchemic.ru «Добрые советы». 5. Леенсон И.А. «Занимательная химия». Москва. 1996г. Стр Байкова В.М. «Химия после уроков». 1976г. Стр Научно практический журнал «Химия для школьников» г. Стр Учебно методическая газета для учителей химии «Первое сентября», 22, 2007г.

ВВЕДЕНИЕ Индикаторы широко используют в химии, в том числе и в школе. Любой школьник, знает, что такое фенолфталеин, или лакмус. Индикаторы используются для определения реакции среды (кислая, щелочная

Летнее занятие для слушателей предметной школы и других естествоиспытателей Перед вами выдержки из проекта выпускницы нашей школы 2009 года Бородавкиной Таисии. Попробуйте проделать предложенные опыты,

Секция «Окружающий мир» Получение растительных индикаторов и исследование влияния кислотной и щелочной сред на окраску растительных индикаторов Работу выполнили учащиеся 4 класса НОУ СОШ «Таланъ»: Волков

ПЛАН УРОКА Предмет Учитель Школа, класс Тема урока Химия Козловская Э.Р. г. Шымкент, НИШ ФМН, 7 класс Индикаторы Цели обучения Цели урока Языковые цели Первоначальные знания 7.3.4.4 уметь различать химические

УДК 54 ИЗУЧЕНИЕ КИСЛОТОСТИ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ПРИРОД- НЫХ ИНДИКАТОРОВ Тюрина Д. А. Научный руководитель учитель естественных дисциплин I категории Сорокина А. В. Емельяновская Средняя Общеобразовательная

Содержание Раздел стр Тема исследования 2 Объект исследования 2 Предмет исследования 2 Актуальность работы 2 Цель исследования 3 Задачи исследования 3 Гипотеза исследования 3 Программа и методика исследований

ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ Навалихина Ольга Викторовна учитель химии КОГОАУ «Лицей естественных наук» г. Киров, Кировская область ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ КРАСИТЕЛЕЙ В КАЧЕСТВЕ КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ

Толковый словарь Ожегова: «1. Окрашенное вещество в организме, участвующее в его жизнедеятельности и придающее цвет коже, волосам, чешуе, цветкам, листьям. 2. Химический порошковый краситель. II прил.

Научно-исследовательская работа Получение природных индикаторов из растительных объектов для определения реакции среды при использовании препаратов бытовой химии Выполнила: Филиппова Любовь Сергеевна,

Ответы на вопросы и упражнения из тетради для лабораторных и практических работ И. И. Акимовой, Н. В. Запорожец «Химия» ТЕМА «ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ» Лабораторная работа 1 Опыты с глицерином: растворимость

Научно-исследовательская работа Химия рн как узнать и где применять Выполнила: Гришина Яна Константиновна учащаяся 4 «А» класса МБОУ «СОШ 17» г. Калуги Руководитель: Мартынова Галина Анатольевна учитель

Научно-исследовательская работа Химический хамелеон Выполнила: Герасимова Александра Александровна учащаяся 6 класса МБОУ СШ 6 г. Красноярска Руководитель: Фиронова Милия Александровна учитель химии МБОУ

ОГБОУ «ЦЕНТР образования для детей с особыми образовательными потребностями г.смоленска» Натуральные красители для пасхальных яиц работу выполнила: Садчикова Ю.Д. руководитель: Гвоздовская Н.П. 2017г Скоро

Проект «Изготовление индикаторной бумаги» В работе над проектом принимали учащиеся 8 и 10 классов. Для получения индикаторной бумаги можно использовать части многих растений. Ранее мы делали работу, где

РАСТВОРЫ Лабораторные опыты 1 3 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ ГИДРОГЕНА И ГИДРОКСИД-ИОНОВ В РАСТВОРАХ. 2. УСТАНОВЛЕНИЕ ПРИБЛИЗИТЕЛЬНОГО ЗНАЧЕНИЯ ph ВОДЫ, ЩЕЛОЧ- НЫХ И КИСЛОТНЫХ РАСТВОРОВ (НАТРИЙ ГИДРОКСИДА, ХЛОРИД-

Тема урока: Подготовка вкусовых, ароматических веществ и пищевых красителей I. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДА АРОМАТИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ВКУСОВЫХ ПРОДУКТОВ Для аромата и вкуса в кондитерские изделия добавляют ароматические

Педагогика ПЕДАГОГИКА Айториева Аймара Кысымовна учитель химии и биологии МБОУ «СОШ» с. Волжское, Астраханская область ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИННОВАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОБЛЕМНОГО ОБУЧЕНИЯ И ИКТ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ТЕМЫ

Научно-исследовательская работа Природные индикаторы и их использование Выполнила: Смирнова Ангелина Олеговна Учащаяся 8 класса МОУ-СОШ с. Баскатовка Марксовского р-на Саратовской области Руководитель:

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОБЩАЯ ФАРМАКОПЕЙНАЯ СТАТЬЯ Испытания на чистоту и ОФС.1.2.2.2.0011.15 допустимые пределы примесей. Взамен ГФ XII, ч. 1, Железо ОФС 42-0058-07 Испытания

Водородный показатель ph Индикаторы Суть гидролиза Типы солей Алгоритм составления уравнений гидролиза солей Гидролиз солей различных типов Способы подавления и усиления гидролиза Решение тестов В4 Водородный

2. Повторите опыт с калий сульфатом (натрий хлоридом), силиций(iv) оксидом. III. Исследование хрупкости веществ 1. Поместите в ступку небольшое количество сахара, попробуйте измельчить его пестиком. Определите

Лыгин Сергей Александрович, канд. хим. наук, доцент кафедры химии и методики обучения химии; Краснова Алена Олеговна, студентка; Пурина Елена Сергеевна, канд. биол. наук, Бирский филиал ФГБОУ ВО «Башкирский

Научно-исследовательская работа ХИМИЯ ВОКРУГ НАС Выполнил Мажитов Святослав Динисламович учащийся 1п класса МОБУ СОШ 4 г. Благовещенска РБ Руководитель: Клековкина Вера Геннадьевна учитель начальных классов

Среда водных растворов электролитов урок химии в 8 классе Ушакова Ольга Валерьевна, учитель химии МОУ СОШ 2 г. Мичуринска Тамбовской области Цель: формирование исследовательской компетенции обучающихся

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ «СПЕЦИАЛЬНАЯ (КОРРЕКЦИОННАЯ) ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА-ИНТЕРНАТ 65» Выполнили: Муравьева Анастасия Клементьев Данил Назин Владимир Руководители

11 класс. Тема 6. Урок 6. Гидролиз солей. Цель урока: сформировать у учащихся понятие о гидролизе солей. Задачи: Обучающие: научить учащихся определять характер среды растворов солей по их составу, составлять

Программа дополнительного образования «За страницами учебника химии» Направленность: естественнонаучная Уровень программы: ознакомительный Срок реализации программы: 1 год Возраст обучающихся: 16-18 лет

Роль химического эксперимента в установлении взаимосвязи курса химии и проектной деятельности школьников Заичко Г.Н. Учитель химии 1 Типология проектов (Е.С. Полат) по доминирующей деятельности учащихся

Подготовили: Кравченко Алина Сигеев Ярослав Табачников Эдуард Научный руководитель: Сигеев А.С. Цели работы Синтез азосоединения с индикаторными свойствами разными методами. Сравнение методов и выбор оптимального.

ГОСТ 4919.1-77. Реактивы и особо чистые вещества. Методы приготовления растворов индикаторов Дата введения 1978-01-01 Введен в действие ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета стандартов

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа 324 Курортного района Санкт-Петербурга III Районный Фестиваль ученических исследовательских работ в предметах

Кислоты и основания ХИМИЯ РЕАКЦИИ КИСЛОТЫ И ОСНОВАНИЯ Глава 1: Кислоты Что такое кислоты? Термин "кислота" происходит от латинского слова, означающего "кислый". В повседневной жизни мы сталкиваемся со

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ ЭКОНОМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ 22 Профессия: 19.01.17 Повар, кондитер УЧЕБНАЯ ДИСЦИПЛИНА /

Занятие 5 ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ СРЕДЫ. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ Тема занятий 1. Вводный контроль на тему «Водородный показатель среды. Гидролиз солей». 2. Семинар на тему «Обменные реакции электролитов. Водородный

Научно-исследовательская работа Использование природных красителей для окрашивания яиц Выполнила: Герасимова Юлия Юрьевна учащаяся 5 класса МКУ ДО «ЦВР «Радуга» г. Сим Руководитель: Пантелеева Елена Владимировна

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева КАИ» (КНИТУ КАИ) Зеленодольский

Технология исследовательской и проектной деятельности на уроках Подготовила: Черкашина Т.Ф, учитель биологии и химии с. Красный Куток 2015 г. Немного теории В условиях освоения ФГОС ООО важно использовать

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования РОССИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени

Федеральное агентство по образованию Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого Кафедра химии и экологии Буферные ы Методические указания к лабораторной работе Великий Новгород 2006

Муниципальное образовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа 37 Научное общество учащихся Индикаторные свойства чернил Выполнил: Некрасов Артем Сергеевич 3б класс МБОУ СОШ 37 Научный руководитель:

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Белорусский государственный педагогический университет имени Максима Танка» ОБЩАЯ ХИМИЯ. ЛАБОРАТОРНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ Практикум

Гидролиз это реакция обменного разложения веществ водой. Гидролиз Органических веществ Неорганических веществ Солей Гидролиз органических веществ Белков Галогеноалканов Сложных эфиров (жиров) Углеводов

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

В своей жизни мы встречаемся с различными веществами, которые нас окружают. В этом году мы начали изучать интересный предмет - химию. Сколько же в мире веществ? Какие они? Зачем они нам нужны и какую пользу приносят?

На уроках при изучении темы «Важнейшие классы неорганических соединений» я познакомилась с индикаторами - лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый. Что такое индикаторы? Индикаторы- это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. С помощью индикаторов можно определить среду раствора.

Я решила выяснить как можно больше об этих удивительных веществах, и можно ли в качестве индикаторов использовать те природные материалы, которые есть дома.

Актуальность темы: сегодня большой интерес вызывают свойства растений и возможности применения их в химии, биологии и медицине.

Цель работы: изучить природные индикаторы и как их мы можем использовать в повседневной жизни.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

Изучить материал об индикаторах как химических веществах.

Изучить природные индикаторы.

Выяснить, как можно применять знания о природных индикаторах в повседневной жизни.

Для достижения поставленных задач я изучила литературу в библиотеке и кабинете химии, использовала материалы с сайтов Интернета, а так же использовала методы наблюдения, эксперимента, сравнения, анализа.

Моя работа состоит из трех глав. В первой главе я рассмотрела многообразии индикаторов и их химическую природу. Во второй, - какие растения являются индикаторами и их роль в природе и жизни человека. В третьей главе моё практическое исследование.

1.Химические индикаторы

1.1 История открытия индикаторов

Индикаторы (от лат.Indicator -указатель) - вещества, позволяющие следить за составом среды или за протеканием химической реакции. На сегодняшний день в химии известно большое количество различных индикаторов как химических, так и природных. К химическим индикаторам относятся кислотно-основные, универсальные, окислительно-восстановительные, адсорбционные, флуоресцентные, комплексонометрические и другие .

Пигменты многих растений способны менять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока. Следовательно, пигменты являются индикаторами, которые можно применить для исследования кислотности других растворов. Общее название таких растительных пигментов флавоноиды. В эту группу входят так называемые антоцианы, которые обладают хорошими индикаторными свойствами.

Самый используемый в химии растительный кислотно-основной индикатор - лакмус. Он был известен уже в Древнем Египте и в Древнем Риме, где его использовали в качестве фиолетовой краски-заменителя дорогостоящего пурпура. Использование пигментов для определения среды раствора впервые научно применено Робертом Бойлем (1627 - 1691). 1663 год, в лаборатории, как обычно, кипела напряженная работа: горели свечи, в ретортах нагревались разнообразные вещества. В кабинет к Бойлю вошел садовник и поставил в углу корзину с великолепными темно-фиолетовыми фиалками. В это время Бойль собирался проводить опыт по получению серной кислоты. Восхищенный красотой и ароматом фиалок, ученый, захватив с собой букетик, направился в лабораторию. Его лаборант Уильям сообщил Бойлю, что вчера доставили две бутылки соляной кислоты из Амстердама. Бойлю захотелось взглянуть на эту кислоту, и, чтобы помочь Уильяму налить кислоту, он положил фиалки на стол. Затем он взял со стола букетик и отправился в кабинет. Здесь Бойль заметил, что фиалки слегка дымятся от попавших на них брызг кислоты. Чтобы промыть цветы, Бойль опустил их в стакан с водой. Через некоторое время он бросил взгляд на стакан с фиалками, и случилось чудо: темно-фиолетовые фиалки стали красными. Естественно, Бойль, как истинный ученый, не мог пройти мимо такого случая и начал исследования. Он обнаружил, что и другие кислоты окрашивают лепестки фиалок в красный цвет. Ученый подумал, что если приготовить из лепестков настой и добавить немного к исследуемому раствору, то можно будет узнать, кислый он или нет. Бойль начал готовить настои из целебных трав, древесной коры, корней растений. Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из определенного лишайника. Кислоты изменяли его цвет на красный, а щелочи - на синий. Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить ее. Так была создана первая лакмусовая бумажка, которая теперь имеется в любой химической лаборатории. Таким образом, было открыто одно из первых веществ, которые Бойль уже тогда назвал индикаторами.

1.2. Разновидности индикаторов

Химический энциклопедический словарь среди индикаторов выделяет: адсорбционные, изотопные, кислотно-основные, окислительно-восстановительные, комплексонометрические, люминесцентные индикаторы.

Моя работа посвящена кислотно-основным индикаторам. С развитием химии росло число кислотно-щелочных индикаторов. Индикаторы, полученные в результате химического синтеза: фенолфталеин, введенный в науку в 1871 году немецким химиком А.Байером, и метилоранж, открытый в 1877году .

В наше время известны несколько сот искусственно синтезированных кислотно-щелочных индикаторов. С некоторыми из них мы можем познакомиться в школьной химической лаборатории. Фенолфталеин - в химии - индикатор, выраженный бесцветными кристаллами без вкуса и запаха. Температура плавления - 259-263°С. В медицине - слабительное средство (устаревшее название - пурген). В щелочной среде окрашивается в ярко-малиновый цвет, а в нейтральной и кислотной среде бесцветен. Лакмус (лакмоид) - индикатор, добываемый из некоторых лишайников, и окрашивающийся под действием кислот в красных цвет, а под действием щелочей - в синий . Метиловый оранжевый - кислотно-основной индикатор, синтетический органический краситель из группы азокрасителей. В кислотах проявляет розовую окраску, а в щелочах - желтую. В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство - «зеленка»). Для того чтобы проверить это надо приготовить разбавленный раствор бриллиантового зеленого: налить в пробирку несколько миллилитров воды и добавить одну - две капли аптечного препарата. Раствор приобретает красивый зелено - голубой цвет. В сильнокислой среде его окраска сменяется на желтый, а щелочной раствор обесцветится.

Таблица некоторых химических индикаторов:

В таблице приведены распространенные в лабораторной практике кислотно-основные индикаторы в порядке возрастания значений pH, вызывающих изменение окраски. Первая окраска соответствует значениям pH до интервала, вторая окраска - после интервала.

Однако наиболее часто в лабораторной практике используется универсальный индикатор - смесь нескольких кислотно - основных индикаторов. Он позволяет легко определить не только характер среды (кислотная, нейтральная, щелочная), но и значение кислотности (pH) раствора.

2. Индикаторы в природе

2.1.Антоцианы и каротиноиды

Природа - уникальное творение Вселенной. Этот мир красив, таинственен и сложен. Царство растений поражает многообразием красок. Цветовая палитра разнообразна и определяется химическим составом клеточного содержимого каждого растения, в состав которого входят пигменты - биофлавоноиды. Пигменты - это органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их. Расположены пигменты в хромопластах. Известно более 150 видов пигментов. К биофлавоноидам относятся, например, антоцианы и каротиноиды.

Широко распространенными в растительном мире красящими веществами являются антоцианы. Антоцианы (от греческих слов «цветок» и «синий») - природные красящие вещества. Антоцианы придают растениям окраску в диапазоне от розовой до темно- фиолетовой.

Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р.Вильштеттером. Первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р.Робинсоном. Они чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов. Антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. Если, к примеру, прокипятить нарезанный корнеплод столовой свеклы или листья краснокочанной капусты в небольшом количестве воды, то скоро она окрасится от антоциана в лиловый цвет.

Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придает цветкам колокольчиков синий цвет, фиалок - фиолетовый, незабудок - небесно-голубой, тюльпанов, пионов, роз, георгинов - красный, а цветкам гвоздик, флоксов, гладиолусов - розовый. Почему же этот краситель является таким многоликим? Дело в том, что антоциан в зависимости от того, в какой среде он находится (в кислотной, нейтральной или щелочной), способен быстро изменять свой оттенок. Антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами: в нейтральной среде приобретают пурпурную окраску, в кислой среде - красный цвет, в щелочной среде - зелено-желтый цвет. К сожалению, почти у всех природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся - скисают или плесневеют (см Приложение 1) . Другой недостаток - слишком широкий интервал изменения цвета. При этом трудно или невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной.

Растения с повышенной концентрацией антоцианов популярны в ландшафтном дизайне.

Каротиноиды (от латинского слова «морковь») - это природные пигменты от желтого до красно-оранжевого цвета, синтезируемые высшими растениями, грибами, губками, кораллами. Каротиноиды представляют собой полиненасыщенные соединения, в большинстве случаев содержат в молекуле 40 атомов углерода. Эти вещества неустойчивы на свету, при нагревании, при действии кислот и щелочей. Из растительных материалов каротиноиды могут быть выделены экстракцией органическими растворителями.

Естественные красители содержатся и в цветках, и в плодах, и в корневищах растений.

2.2 Индикационная геоботаника

В старинных народных поверьях нередко говорилось о травах и деревьях, способных обнаруживать различные клады. Существует много книг, посвященных цветам-геологам. В «Уральских сказах» П.П. Бажова написано о волшебных цветах и «разрыв-траве», открывающих людям кладовые меди, железа, золота. В последние годы были научно обоснованы связи между определенными растениями и месторождениями некоторых полезных ископаемых. Трёхцветные полевые фиалки, анютины глазки или полевой хвощ говорят человеку о том, что в почве, пусть и в минимальном количестве, но содержится цинк, золото. Розовый вьюнок и золотистая мать-и-мачеха целыми полянами разрастаются на глинистых и известковых почвах. Нередко по уродливому развитию некоторых растений можно узнать о присутствии в почве многих полезных ископаемых. Например, на почвах с обычным содержанием бора такие растения, как полынь, прутняк, солянка, растут высокими, а на почвах с повышенным содержанием этого элемента эти растения становятся карликовыми. Измененная форма лепестков мака указывает на то, что под землей находятся залежи свинца и цинка.

Поможет отыскать воду и определить, пресная она или соленая, солодка - крупное растение с темной зеленью и красно-фиолетовыми кистями цветов. Если растение цветет пышно - вода пресная, если слабо и на листьях появляется светлый налет - вода соленая .

Иногда в растениях накапливается так много ценных элементов, что они сами становятся «рудой». Очень редкий металл бериллий накапливают ягоды брусники, кора лиственницы, горицвет амурский. Оказалось, что обычная лебеда содержит много свинца, а шалфей - германий и висмут. Самым хорошим разведчиком оказалась полынь. Над рудными зонами она содержит много ртути, свинца, цинка, серебра, сурьмы, мышьяка. Накопление рудных элементов и тяжелых металлов не проходит для растения бесследно, внешний вид его меняется. Бор тормозит рост растений, вызывает ветвистость. Растения не цветут, отмирают корни. Избыток бериллия меняет форму ветвей у молодых сосен. Если в почве много железа, растения имеют ярко-зеленую листву, кажутся сильными и здоровыми. А с приходом осени они первыми желтеют и теряют листья. Высокая концентрация в почве марганца обесцвечивает листья .

Значит, изучая химический состав растений, можно открыть новые месторождения. И сейчас геоботанический метод все еще применяется на практике. Возникла даже наука - «индикационная геоботаника», изучающая растения, чутко реагирующие на изменения окружающей среды и помогающие обнаружить богатства земных недр.

3. Практическая часть: исследование природных индикаторов

Я решила выяснить, какие из имеющихся дома съедобных растений можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов. Для опыта взяла мороженые ягоды черники, клубники, вишни, малины, корнеплоды свеклы.

Для проведения опытов я использовала следующие материалы и оборудование: стаканы, воронки, пробирки, ступки с пестиками, нож, фильтровальную бумагу, воду, этиловый спирт, растворы гидроксида натрия и соляной кислоты.

Ягоды растирала в ступке, свеклу измельчила с помощью терки. Экстракцию пигмента (краски) из измельченного сырья проводили двумя способами: с помощью спирта и воды (см. Приложение 2).

Окрашенные спиртовые и водные растворы фильтровали с помощью бумажного фильтра и марли, чтобы избавить настой от частиц растений. Весь химический эксперимент проводился в школьном кабинете химии совместно с руководителем работы.

Опыт 1. Исследование изменение окраски приготовленных растворов в зависимости от среды.

В пробирки налили растворы щелочи и кислоты и добавляли растворы природных индикаторов. Отмечали изменение окраски растворов (см. Приложение 3).

Результаты исследования.

Шкала цветовых переходов настоев некоторых растений в различных средах.

Опыт 2. Исследование среды растворов бытовой химии.

С помощью природных приготовленных индикаторов я исследовала среду шампуня, которым пользуюсь дома, мыло детское, молочко для умывания, средство для мытья посуды (см. Приложение 4).

Результаты исследований.

В результате исследования я сделала вывод, что шампунь и пенка для умывания вполне подходят для применения. А вот средство для мытья посуды имеет щелочной характер и может влиять на кожу рук, т.к. наша кожа имеет слабокислую реакцию.

Опыт3. Нагревание до кипения раствора свеклы.

Водный раствор свеклы нагрели до кипения, и цвет изменился с насыщено красного до бледно-красного. При добавлении соляной кислоты цвет вернулся и даже стал более выраженным. Такое происходит при варке борща. Чтобы вернуть красивый насыщенный цвет можно добавить немного яблочной или уксусной кислоты.

Заключение

Эта работа оказалась очень интересной и полезной. Вызывает желание узнать и получить больше информации об использовании растений. В результате было доказано, что многие растения содержат антоцианы, благодаря которым они могут являться природными индикаторами. Их можно использовать как в быту, так и в химии для исследований. А еще я узнала, что 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. Они мощные антиоксиданты, 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.

Поверхность нашей кожи имеет слабокислую среду, что защищает ее от бактерий и, изучив среду растворов веществ для личной гигиены, я пришла к выводу, что частое применение мыла, особенно подростками, неблагоприятно сказывается на коже. На кожу рук влияют также стиральный порошок, моющее средство для мытья посуды так как они имеют щелочную среду.

Итак, я пришла к выводу:

Цвет листьев, плодов, цветков растений определяется наличием пигментов, относящихся к группе антоцианов. Антоцианы содержатся в клеточном соке и хорошо растворимы в воде.

Представители изученных растений (вишня, малина, свекла, клубника, черника) могут быть использованы в качестве индикаторов.

Растительные индикаторы доступны, безопасны в использовании, экономичны.

Я не зря работала над этой темой, так как и мои маленькие открытия принесут пользу не только для меня, но и для других учащихся.

Летом можно набрать цветы и ягоды в саду и в лесу. Это могут быть ирисы, анютины глазки, тюльпаны, малина, вишня и т. п. Высушите собранные лепестки и плоды впрок (плоды можно заморозить), и можно смело использовать их как индикаторы.

Список литературы

В.И. Артамонов Зеленые оракулы. - Издательство «Мысль», 1989.

Л.А. Савина Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. - М.: АСТ, 1996.

Б.Д. Степин, Л.Ю. Аликберова Занимательные задания и эффектные опыты по химии. - М.: Дрофа, 2002.

Г.И. Штремплер. Домашняя лаборатория. (Химия на досуге). - М., Просвещение, Учебная литература.- 1996.

Энциклопедический словарь юного химика. - М.: Педагогика, 1982.

Интернет-ресурсы

6.1 www.alhimik.ru

6.2 http://xumuktutor.ru/e-journal/2011/10/16/robert_boyle/

6.3http://www.inflora.ru/cosmetics/cosmetics258.html

Приложения

Фотографический отчет о проведенных исследованиях.

Приложение 1.

Фото спиртового и водного раствора на восьмой день после приготовления.

Приложение 2.

Фото процесса приготовления растворов природных индикаторов.

Приложение 3.

Фото опыта «Исследование изменение окраски приготовленных растворов в зависимости от среды (щелочная, кислая).

Приложение 4.

Фото опыта «Исследование среды растворов бытовой химии».

1.Средство для мытья посуды

2.Пенка для умывания

3. Шампунь

4. Стиральный порошок

5. Хозяйственное мыло

Стародумова Алена

Люди сталкиваются с необходимостью выяснения реакции среды растворов не только в химической лаборатории, но и в быту. В этом им могут помочь некоторые растения. Проектная работа учащейся 8 класса Татьянинской школы посвящена изучению индикаторных свойств съедобных растений.

Скачать:

Предварительный просмотр:

ЧУОО «Татьянинская школа»

Природные индикаторы

Проект ученицы 8 класса

ЧУОО «Татьянинской школы»

Стародумовой Алёны

Руководитель проекта –

учитель химии

Захарова Зоя Геннадьевна

2015 год

Введение ……………… 2

Глава 1 ………………………………… 3

Глава 2 ……………………………………… 7

Глава 3 ……………………………………… 10

Заключение ………………………………… 13

Список использованной литературы …… 14

Введение.

Человеку важно знание кислотности среды не только в химической лаборатории, но и в повседневной жизни. Дома мы используем такие кислоты, как уксусная, лимонная, щавелевая; щелочные растворы аммиака, соды, извести. А ведь среди кислот и щелочей много опасных, агрессивных веществ, способных вызывать ожоги. Их нельзя пробовать на вкус. Для определения среды раствора существуют специальные вещества – индикаторы.

Об индикаторах я узнала на занятиях естественно-научного кружка «УМКИ». Также это понятие встречается и на уроках химии. Мне стало интересно узнать, могут ли растения проявлять свойства индикаторов, и если могут, то все, или только некоторые? Поэтому именно природные индикаторы стали темой моего проекта. Целью моего проекта является: выявить кислотно-щелочные индикаторы среди съедобных растений. Для достижения этой цели мне нужно выполнить следующие задачи:
1) изучить литературу по теме «Индикаторы»;

2) приобрести навыки пользования химическими реактивами и оборудованием, проведения опытов.;

3) по результатам эксперимента составить таблицу изменения окраски различных съедобных растений в зависимости от рН среды;

4) провести мастер-класс по приготовлению индикаторов из растительного сырья на занятии естественно-научного кружка в 6 классе.

Объектом моего исследования являются индикаторы, а предметом исследования – природные индикаторы.

При выполнении проекта, я использую методы наблюдения, эксперимента, сравнения, анализа.

Глава 1

Химические индикаторы.

§1. Что такое индикаторы?

Википедия дает общее определение понятие индикатора так:

индикатор (от латинского слова indicator – указатель) – это информационная система, вещество, прибор, устройство, отображающее изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта в форме , наиболее удобной для непосредственного восприятия человеком визуально, акустически, тактильно или другим способом.

Понятие «индикатор» используется в разных областях науки.

Индикатор, с точки зрения социологии, - доступная наблюдению и измерению характеристика изучаемого объекта, позволяющая судить о других его характеристиках, недоступных непосредственному исследованию.

Индикатор, с точки зрения экологии, – система признаков, позволяющих оценить состояние экосистемы.

Индикатор, с точки зрения математики, – функция, устанавливающая принадлежность элемента множеству.

Индикаторы, с точки зрения химии, - химические вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации компонента в растворе.

Химический энциклопедический словарь среди индикаторов выделяет: адсорбционные, изотопные, кислотно-основные, окислительно-восстановительные, комплексонометрические, люминесцентные индикаторы.

Моя работа посвящена кислотно-основным индикаторам.

Кислотно-основные индикаторы - органические и неорганические вещества, используемые для определения водородного показателя pH или установления конечной точки титрования (обычно по изменению окраски). Причина изменения цвета индикаторов заключается в изменении строения молекул индикатора в кислотной и щелочной среде, что приводит к изменению спектра поглощения раствора.

§2. Из истории открытия индикаторов.

Выделенные из растений пигменты – красящие вещества – были известны еще в Древнем Египте и Древнем Риме.

Начало использования органических веществ в качестве индикаторов связано с именем Роберта Бойля, английского физика и химика, который открыл индикаторы. Однажды, изучая свойства соляной кислоты, Бойль случайно пролил ее на цветки фиалок, принесенные садовником. Спустя некоторое время лепестки стали ярко-красными. Бойль заинтересовался этим явлением. Он опускал фиалки в разные растворы и, наконец, понял, что цвет фиалок зависит от того, какие вещества содержатся в растворе. Бойль также начал экспериментировать с другими растениями. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником, цвет которого кислоты изменяли на красный, а щелочи – на синий. Тогда Бойль опустил в настой лакмусового лишайника бумажные полоски и высушил их. Полученные полоски Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора.

Вероятно, самый старый кислотно-основной индикатор – лакмус. Еще в 1640 ботаники описали гелиотроп – душистое растение с темно-лиловыми цветками, из которого было выделено красящее вещество. Этот краситель стал широко применяться химиками в качестве индикатора, который в кислой среде был красным, а в щелочной – синим. Вначале с помощью нового индикатора исследовали минеральные воды, а примерно с 1670 года его начали использовать в химических опытах. В 1704 немецкий ученый М.Валентин назвал эту краску лакмусом; это слово и осталось во всех европейских языках, кроме французского (по-французски лакмус – tournesol, что дословно означает «поворачивающийся за солнцем»; так же французы называют и подсолнечник). Вскоре оказалось, что лакмус можно добывать и из более дешевого сырья, например, из некоторых видов лишайников.

§3. Кислотно-щелочные индикаторы.

С развитием химии росло число кислотно-щелочных индикаторов. Индикаторы, полученные в результате химического синтеза: фенолфталеин, введенный в науку в 1871 году немецким химиком А.Байером, и метилоранж, открытый в 1877году.

В наше время известны несколько сот искусственно синтезированных кислотно-щелочных индикаторов. С некоторыми из них мы можем познакомиться в школьной химической лаборатории. Фенолфталеин – в химии - индикатор, выраженный бесцветными кристаллами без вкуса и запаха. Температура плавления - 259-263 °С. В медицине – слабительное средство (устаревшее название – пурген). В щелочной среде окрашивается в ярко-малиновый цвет, а в нейтральной и кислотной среде бесцветен. Лакмус (лакмоид) - индикатор, добываемый из некоторых лишайников, и окрашивающийся под действием кислот в красных цвет, а под действием щелочей – в синий. Метиловый оранжевый – кислотно-основной индикатор, синтетический органический краситель из группы азокрасителей. В кислотах проявляет розовую окраску, а в щелочах – желтую.

Таблица 1.

В таблице приведены распространенные в лабораторной практике кислотно-основные индикаторы в порядке возрастания значений pH, вызывающих изменение окраски. Первая окраска соответствует значениям pH до интервала, вторая окраска – после интервала. Римские цифры в скобках отвечают номеру перехода окраски (для многоцветных индикаторов).

§4. Водородный показатель.

В химии различают нейтральную, кислотную и щелочную реакцию среды раствора.

Щелочи – это гидроксиды щелочных, щелочноземельных металлов и аммония. Слово «щёлочь» происходит от слова «щёлок». Так называли мылкий раствор, образующийся при варке золы. Щелочами в старину называли вещества, растворы которых мылки на ощупь. Щелочи использовались в мыловарении, производстве стекла, при окраске тканей. Позже научились производить едкие щелочи – гидроксиды щелочных металлов (NaOH, KOH).

Кислоты – это сложные вещества, содержащие атомы водорода, которые могут замещаться атомами металла. Первоначально под кислотой понимали вещество, раствор которого имеет кислый вкус. Главные минеральные кислоты – соляная (НСl), серная (H 2 SO 4 ) и азотная (HNO 3 ) были получены еще алхимиками.

С позиции теории электролитической диссоциации, кислотой называют электролит, диссоциирующий в водном растворе с образованием катионов лишь одного типа – Н + - ионов водорода; основание – это электролит, образующий при диссоциации лишь один тип анионов – гидроксид-ионы ОН _ .

Понятие «водородный показатель» было введено датским химиком Серенсеном в 1909 году. Показатель обозначают pH по первым буквам латинских слов potential hydrogen – сила водорода. Водородный показатель – отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов (рН = -lg), где – концентрация ионов водорода моль/л. Чем меньше рН, тем больше концентрация ионов водорода, то есть выше кислотность среды. В зависимости от концентрации ионов Н + ,в растворе может быть кислая, нейтральная или щелочная среда.
Дистиллированную воду, взятую при температуре 22 о С, принято считать нейтральной. Являясь слабым электролитом, вода частично диссоциирует на ионы Н + (в водных растворах он всегда гидратирован и присутствует в виде Н 3 О + ) и ОН _ . Их концентрации одинаковы и составляют при комнатной температуре 10 -7 моль/л, рН дистиллированной воды равен 7.

Если значение водородного показателя меньше 7, раствор является кислым, так как концентрация ионов водорода в нем выше концентрации гидроксид-ионов. А при рН больше 7, концентрация ионов водорода в растворе меньше концентрации гидроксид-ионов. Такие растворы называются щелочными. Дождевая вода обычно имеет слабокислую реакцию среды (рН = 6) за счет растворения в ней углекислого газа; дождь считается кислотным, если его рН меньше 5. Желудочный сок – это сильнокислая среда (рН = 1,7), а рН крови (7,4), слюны (6,9) и слезы (7) близок или равен нейтральному.

Глава 2

Растения – индикаторы.

§1. Индикационная геоботаника.

В старинных народных поверьях нередко говорилось о травах и деревьях, способных обнаруживать различные клады. Существует много книг, посвященных цветам-геологам. В «Уральских сказах» П.П. Бажова написано о волшебных цветах и «разрыв-траве», открывающих людям кладовые меди, железа, золота. В романе А.Г.Бармина «Руда» есть также разговор о цветах-геологах.

В последние годы были научно обоснованы связи между определенными растениями и месторождениями некоторых полезных ископаемых. К примеру, в Австрии и в Китае с помощью растений, предпочитающих почвы с большим содержанием меди, открыли залежи медной руды, а в Америке с помощью растений нашли месторождения серебра. Трёхцветные полевые фиалки, анютины глазки или полевой хвощ говорят человеку о том, что в почве,пусть и в минимальном количестве, но содержится цинк, золото. Розовый вьюнок и золотистая мать-и-мачеха целыми полянами разрастаются на глинистых и известковых почвах. На Алтае искали залежи меди «медной травкой» (качимом). Было замечено, что заросли качима часто встречаются в местах, где обнаружены выходы меди.

Нередко по уродливому развитию некоторых растений можно узнать о присутствии в почве многих полезных ископаемых. Например, на почвах с обычным содержанием бора такие растения, как полынь, прутняк, солянка, растут высокими, а на почвах с повышенным содержанием этого элемента эти растения становятся карликовыми. Измененная форма лепестков мака указывает на то, что под землей находятся залежи свинца и цинка.

Поможет отыскать воду и определить, пресная она или соленая, солодка – крупное растение с темной зеленью и красно-фиолетовыми кистями цветов. Если растение цветет пышно – вода пресная, если слабо и на листьях появляется светлый налет – вода соленая.

Иногда в растениях накапливается так много ценных элементов, что они сами становятся «рудой». Очень редкий металл бериллий накапливают ягоды брусники, кора лиственницы, горицвет амурский, а в золе обычной кукурузы или хвоща содержится много золота. Оказалось, что обычная лебеда содержит много свинца, а шалфей – германий и висмут. Самым хорошим разведчиком оказалась полынь. Над рудными зонами она содержит много ртути, свинца, цинка, серебра, сурьмы, мышьяка. Накопление рудных элементов и тяжелых металлов не проходит для растения бесследно, внешний вид его меняется. Бор тормозит рост растений, вызывает ветвистость. Растения не цветут, отмирают корни. Избыток бериллия меняет форму ветвей у молодых сосен. Если в почве много железа, растения имеют ярко-зеленую листву, кажутся сильными и здоровыми. А с приходом осени они первыми желтеют и теряют листья. Высокая концентрация в почве марганца обесцвечивает листья.

Значит, изучая химический состав растений, можно открыть новые месторождения. И сейчас геоботанический метод все еще применяется на практике. Возникла даже наука – «индикационная геоботаника», изучающая растения, чутко реагирующие на изменения окружающей среды и помогающие обнаружить богатства земных недр.

§2. Антоцианы и каротиноиды.

Природа – уникальное творение Вселенной. Этот мир красив, таинственен и сложен. Царство растений поражает многообразием красок. Цветовая палитра разнообразна и определяется химическим составом клеточного содержимого каждого растения, в состав которого входят пигменты - биофлавоноиды. Пигменты – это органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их. Расположены пигменты в хромопластах. Известно более 150 видов пигментов. К биофлавоноидам относятся, например, антоцианы и каротиноиды.

Широко распространенными в растительном мире красящими веществами являются антоцианы. Антоцианы (от греческих слов «цветок» и «синий») – природные красящие вещества из группы флавоноидов, относятся к гликозидам. Антоцианы придают растениям окраску в диапазоне от розовой до темно- фиолетовой. Они чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов. Антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. Если, к примеру, прокипятить нарезанный корнеплод столовой свеклы или листья краснокочанной капусты в небольшом количестве воды, то скоро она окрасится от антоциана в лиловый цвет. Но достаточно к этому раствору прибавить несколько капель уксусной, лимонной, щавелевой или любой другой кислоты, как он сразу же примет интенсивную красную окраску. Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придает цветкам колокольчиков синий цвет, фиалок – фиолетовый, незабудок – небесно-голубой, тюльпанов, пионов, роз, георгинов – красный, а цветкам гвоздик, флоксов, гладиолусов – розовый. Почему же этот краситель является таким многоликим? Дело в том, что антоциан в зависимости от того, в какой среде он находится (в кислотной, нейтральной или щелочной), способен быстро изменять свой оттенок. Соединения антоциана с кислотами имеют красный или розовый цвет, в нейтральной среде – фиолетовый, а в щелочной – сине-зеленый.

Каротиноиды (от латинского слова «морковь») – это природные пигменты от желтого до красно-оранжевого цвета, синтезируемые высшими растениями, грибами, губками, кораллами. Каротиноиды представляют собой полиненасыщенные соединения терпенового ряда, в большинстве случаев содержат в молекуле 40 атомов углерода. Эти вещества неустойчивы на свету, при нагревании, при действии кислот и щелочей. Из растительных материалов каротиноиды могут быть выделены экстракцией органическими растворителями.

Естественные красители содержатся и в цветках, и в плодах, и в корневищах растений.

§3. Способы приготовления индикаторов из природного сырья.

Пигменты содержатся в клетках растений. Для того, чтобы получить индикатор, требуется извлечь их из клетки. Существует несколько способов сделать это: с помощью механического воздействия (измельчить, выжать сок), с помощью теплового воздействия (отварить), с помощью экстрагирования (лучше всего использовать полярный растворитель).

В качестве сырья лучше всего использовать лепестки или зрелые плоды. В то же время можно использовать заготовленные на зиму варенья, компоты, которые сохраняют окраску раствора (например, из черной смородины, малины). Неплохо подходят различные соки (желательно свежеприготовленные), например, из винограда или вишни.

К сожалению, из-за неустойчивости пигментов, отвары быстро портятся (плесневеют и скисают), поэтому готовить такие индикаторы надо непосредственно перед работой с ними.

Для проведения эксперимента нужно выделить из растения клеточный сок. Если исследуются сочные части растений – плоды, мясистые листья, корнеплоды – можно просто выжать из них сок. В каких-то случаях орган растения предварительно потребуется измельчить. Если полученный сок будет содержать комочки ткани растения, то его необходимо профильтровать. Если окраска сока получилась слишком интенсивной, его можно разбавить кипяченой водой.

Если нужно выделить вещества из сухих растений или жестких и кожистых частей растения (листьев, стеблей), то можно приготовить настой или отвар. Для этого исследуемые части растений измельчаются и заливаются горячей водой (для получения настоя) или варятся несколько минут (для получения отвара) при температуре кипения, пока цвет раствора не станет достаточно интенсивным.

Из листьев, стеблей, цветков, плодов растений можно получить спиртовой настой. Для этого потребуется этиловый спирт. Измельченные части растения помещаются в небольшую емкость, заливаются спиртом, емкость плотно закрывается крышкой, чтобы спирт не улетучился.

Глава 3

Экспериментальная часть.

§1. Изготовление индикаторов из растительного сырья.

Мы решили выяснить, какие из имеющихся дома съедобных растений можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов. Для опыта мы взяли мороженые ягоды черники, клубники, черной смородины, вишни, сливы, а также плоды томата (помидора), корнеплоды свеклы и моркови и листья краснокочанной капусты.

При проведении опытов мы использовали следующие материалы и оборудование:

1. стаканы
2. колбы
3. воронки
4. пробирки
5. ступки с пестиками
6. фильтровальную бумагу
7. воду
8. этиловый спирт

10. растворы гидроксида натрия и соляной кислоты.

Ягоды мы растирали в ступке; помидор, капусту, свеклу и морковь мелко нарезали ножом (можно измельчить с помощью терки). Экстракцию пигмента (краски) из измельченного сырья проводили двумя способами:

1. с помощью спирта – этот растворитель помогает извлечь пигменты из клеток растений;
2. с помощью горячей (кипящей) воды – нагревание выше 70 о С приводит к разрушению мембран клеток, высвобождая биофлавоноиды.

Окрашенные спиртовые и водные растворы фильтровали с помощью бумажного фильтра (в домашних условиях можно использовать марлю или другую ткань), чтобы избавить настой от частиц растений. Полученные растительные растворы разливали в три пробирки.

Для тестирования в качестве кислой среды использовали раствор соляной кислоты (в домашних условиях можно взять уксус), в качестве щелочной среды – раствор гидроксида натрия (в домашних условиях можно использовать соду).

В одну пробирку с раствором добавляли HCl, а в другую NаОН, сравнивали изменение цвета с исходным раствором в третьей пробирке. Результаты

эксперимента приведены в таблице:

Таблица 2

Проведя опыты, мы установили, что растворы, изготовленные из моркови, томата, сливы практически не меняли свой цвет в зависимости от среды и не могут быть использованы в качестве индикаторов кислотности. Для этой цели лучше использовать в качестве сырья чернику, вишню, черную смородину, краснокочанную капусту. Это объясняется тем, какой пигмент дает окраску растению. Антоцианы обуславливают красно-фиолетовое окрашивание (черника, вишня, черная смородина, свекла) и в кислой среде становятся ярко-алыми, а в щелочной приобретают сине-зеленые оттенки. Другие пигменты – каротиноиды – обуславливают оранжевый цвет растений (морковь, томат) и практически не изменяют свой цвет в зависимости от среды.

Готовые растворы растительного сырья мы оставили в лаборатории. Через неделю мы заметили, что водные растворы помутнели, стали неоднородными, через 2 недели они начали плесневеть. А спиртовые настойки растений оставались прозрачными, цвет не меняли, их можно было продолжать использовать в качестве индикаторов.

§2. Мастер – класс на занятии кружка «УМКИ».

Своими знаниями о природных индикаторах я поделилась с учащимися 6-ых классов на занятии по химии естественно-научного кружка «УМКИ». Я рассказала ребятам о своих исследованиях и предложила им научиться готовить индикатор из ягод, которые часто имеются в каждом доме -черники, вишни, черной смородины. Под моим руководством учащиеся последовательно проделали следующие действия:

1. растирали ягоды в ступке пестиком;
2. заливали горячей водой помещенное в стакан растительное сырье;
3. фильтровали раствор;
4. окрашенные ягодные растворы разливали в 3 пробирки;
5. в одну пробирку добавляли соляную кислоту, в другую – гидроксид натрия;
6. сравнивали цвет растворов с исходным в третьей пробирке.

Ребята поняли, что сок многих ягод можно использовать в качестве индикатора кислотности среды.

Во время подготовки своего выступления, я волновалась, но когда начала выступать, волнение прошло. Я почувствовала себя в роли учителя. Ребята слушали меня с интересом, старательно выполняли мои команды. Я рада, что смогла рассказать им что-то новое, и что им понравилось занятие.

Заключение.

Работа над проектом была очень увлекательной. Я узнала много нового. Оказывается, использовать растительное сырье для получения индикаторов кислотности люди научились с древних времен. Самый известный индикатор – лакмус – изначально изготавливался из лишайников определенного вида. А английский ученый Р. Бойль в середине 17 века описывал в своих трудах приготовление индикатора из сока фиалок.

В химической лаборатории часто возникает необходимость узнать рН среды. Для этого используются синтетические индикаторы, с некоторыми из которых я познакомилась в ходе работы. Но с кислотными и щелочными растворами мы встречаемся не только в химии, но и в повседневной жизни: на домашней кухне, на садовом участке. И тут может пригодиться умение готовить индикатор из растений самостоятельно.

Проведя исследование свойств водных и спиртовых настоев нескольких видов растений, я сделала следующие выводы:

1. пигменты многих растений обуславливают изменение их окраски в зависимости от рН среды;
2. не все ярко окрашенные растения могут служить индикаторами кислотности среды;
3. водные настои плодов растений плохо хранятся, быстро мутнеют, а спиртовые долго не теряют своих свойств и могут использоваться продолжительное время.

Полученными в ходе работы над проектом знаниями я поделилась с учащимися шестых классов на занятиях естественно-научного кружка «УМКИ». С моей помощью ребята учились готовить кислотно-щелочные индикаторы из ягод черники, черной смородины, вишни.

В рамках этой работы мне не удалось исследовать свойства растений как индикаторов кислотности почвы, то есть изучить, какие виды растений произрастают на почвах с различным значением рН. Возможно, это будет целью моей следующей работы.

Список использованной литературы

1. Химический энциклопедический словарь. – М. «Советская энциклопедия», 1983

2. Химия: Энциклопедия для детей.- М., «Аванта+», 2000

3. Б.Д. Степин, Л.Ю.Аликберова. Книга по химии для домашнего чтения. - М., «Химия»,1995

4. Г.И.Штремплер. Химия на досуге: домашняя химическая лаборатория. - М., «Просвещение»,1996

5. http:// ru. wikipedia. org

6. http: // www. xumuk, ru

7. http: // nsportal. ru

9. http: // moizveti.ucoz.ru