Слайд 1

«Природные индикаторы» ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
Работу выполнили ученицы 11 класса Муниципального автономного общеобразовательного учреждения Любохонская средняя общеобразовательная школа имени дважды Героя Советского Союза А.А Головачева Гунько Елена Алексеевна и учитель биологии и химии Ковальчук Елена Викторовна.
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение Любохонская средняя общеобразовательная школа имени дважды Героя Советского Союза А.А Головачева.
пгт. Любохна, 2013г.

Слайд 2

СОДЕРЖАНИЕ
Глава 1. Введение Глава 2. Основная часть 2.1. Из истории индикаторов. Классификация индикаторов. 2.2. Природные индикаторы. Биохимическая роль природных индикаторов. Требования к индикаторам. Глава 3. Экспериментальная часть 3.1. Методика изготовления индикаторов из природного сырья. 3.2. Таблица с результатами исследований. 3.3. Определение среды растворов моющих средств для посуды с помощью растительных индикаторов. 4. Заключение. 5. Рекомендации. 6. Литература.

Слайд 3

1.Введение
Индикаторы – вещества, изменяющие свою окраску в зависимости от реакции среды. Название «индикаторы» происходит от латинского слова indicator, что означает «указатель». В химической лаборатории или на заводе индикаторы в наглядной форме расскажут о том, прошла ли до конца химическая реакция или нет, достаточно добавлено одного реактива к другому или нужно еще добавлять. При изучении кислот и оснований на уроках химии я узнала, что соки ярко окрашенных ягод, плодов и цветков обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, то есть изменяют свою окраску при изменении кислотности среды. Меня заинтересовал вопрос: какие растения могут использоваться в качестве индикаторов? Можно ли приготовить растворы растительных индикаторов самостоятельно? И можно ли приготовленные растворы индикаторов использовать для определения реакции среды моющих средств для посуды, чтобы выявить, оказывают ли они негативное влияние на кожу рук. Актуальность темы заключается в том, что свойства растительных объектов могут быть использованы для применения в разных областях науки, таких как, например, химия.

Слайд 4

1.Введение
Цель работы: с помощью исследования доказать наличие природных индикаторов в растительных объектах, изучить их свойства, определить с их помощью реакцию среды растворов моющих средств для посуды. Задачи исследования: 1) Изучить литературные источники по теме; 2) Исследовать природные объекты на наличие индикаторов; 3)Изучить свойства индикаторов, содержащихся в природных объектах; 4)Провести исследование по определению реакции среды растворов моющих средств для посуды. Объекты исследования: ягоды вишни, клубники, рябины, черники, брусники, ежевики, черноплодной рябины, чёрной смородины; листья краснокочанной капусты, петрушки, чёрной смородины; плоды: свеклы; цветки: красной розы, красной герани, разноцветной гвоздики. Гипотеза исследования: если растения изменяют цвет в различных средах, то их можно использовать в качестве индикаторов Методы исследования: 1. Изучение научной литературы по данному вопросу 2. Качественный анализ. 3. Наблюдение.

Слайд 5

2.1. Из истории индикаторов
История индикаторов начинается в XVII веке. Еще в 1640 году ботаники описали гелиотроп – душистое растение с темно-лиловыми цветками (см. рисунок), из которого было выделено красящее вещество. Этот краситель, наряду с соком фиалок, стал широко применяться химиками в качестве индикатора. Об этом можно прочитать в трудах знаменитого физика и химика XVII века Роберта Бойля. В 1663 году был открыт лакмус – водный настой лишайника, растущего на скалах Шотландии. Роберт Бойль приготовил водный настой лакмусового лишайника для своих опытов. Склянка, в которой он хранил настой, понадобилась для соляной кислоты. Вылив настой, Бойль наполнил склянку кислотой и с удивлением обнаружил, что кислота покраснела. Заинтересовавшись этим, Бойль на пробу добавил несколько капель настоя лакмуса к водному раствору гидроксида натрия и обнаружил, что в щелочной среде лакмус синеет. Так был открыт первый индикатор для обнаружения кислот и оснований, названный по имени лишайника лакмусом. Фенолфталеин, который применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен. Синтез фенолфталеина впервые осуществил в 1871 году немецкий химик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии. Что касается индикатора метилового оранжевого, открытого в 1887 году, он действительно оранжевый в нейтральной среде. В кислотах его окраска становится розово-малиновой, а в щелочах – желтой.

Слайд 6

2.1. Классификация индикаторов
Одни из самых распространенных – кислотно-основные индикаторы, которые изменяют цвет в зависимости от кислотности раствора. Происходит это потому, что в кислой и щелочной среде молекулы индикаторов имеют разное строение. Примером может служить общеизвестный индикатор фенолфталеин. В кислой среде это соединение находится в виде недиссоциированных молекул и раствор бесцветен, а в щелочной среде – в виде ионов и раствор имеет малиновый цвет. Помимо кислотно-основных применяют и другие типы индикаторов. Окислительно-восстановительные индикаторы изменяют свой цвет в зависимости от того, что присутствует в растворе окислитель или восстановитель. Такими индикаторами служат вещества, которые сами подвергаются окислению или восстановлению, причем окисленная и восстановленная формы имеют разные окраски. Например, окисленная форма дифениламина имеет фиолетовую окраску, а восстановленная – бесцветную. Широкое распространение получили комплексонометрические индикаторы – вещества, образующие с ионами металлов окрашенные комплексные соединения. Некоторые вещества, адсорбируются на поверхности осадка, изменяя его окраску; такие индикаторы называются адсорбционными. При определении среды мутных или окрашенных растворов, в которых практически невозможно заметить изменение окраски обычных кислотно-основных индикаторов, используют флуоресцентные индикаторы. Они светятся (флуоресцируют) разным цветом в зависимости от рН раствора. При этом важно, что свечение индикатора не зависит от прозрачности и собственной окраски раствора. Нередко используются универсальные индикаторы – смесь нескольких индивидуальных индикаторов, подобранных так, что их раствор поочередно меняет окраску, проходя все цвета радуги при изменении кислотности раствора в широком диапазоне рН (например, от 1 до 11). Раствором универсального индикатора часто пропитывают полоски бумаги, которые позволяют быстро (хотя и с не очень высокой точностью) определить рН анализируемого раствора, сравнивая окраску полоски, смоченной раствором с эталонной цветовой шкалой.

Слайд 7

2.2 Природные индикаторы
Если нет настоящих химических индикаторов, то для определения среды растворов можно успешно применять индикаторы, выделенные из природного сырья. Исходным сырьем могут служить цветы герани, лепестки пиона или мальвы, ирис, темные тюльпаны или анютины глазки, а также ягоды малины, черники, черноплодной рябины, соки вишни, смородины, винограда, плоды крушины и черемухи. Эти природные индикаторы содержат окрашенные вещества (пигменты), способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие и, попадая в кислую или щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют об этом. Такими пигментами являются, прежде всего, антоцианы: в нейтральной среде приобретают пурпурную окраску, в кислой среде – красный цвет, в щелочной среде – зелено-желтый цвет. Именно антоцианы придают разнообразные оттенки розового, красного, голубого и лилового многим цветам, плодам и осенним листьям. Эта окраска часто зависит от рН клеточного содержимого, и потому может меняться при созревании плодов, отцветании цветков и увядании листьев Антоцианы - неустойчивые соединения, в клетках растений обычно содержится несколько различных антоцианов, и проявление их связано с химическим составом почвы и возрастом растения. Обычный чай – тоже индикатор. Если в стакан с крепким чаем капнуть лимонный сок или растворить несколько кристалликов лимонной кислоты, то чай сразу станет светлее. Если же растворить в чае питьевую соду, раствор потемнеет (пить такой чай, конечно, не следует). Чай же из цветков каркаде дает намного более яркие цвета. Индикатором являются и обычные чернила, которые под влиянием кислоты изменяют окраску с фиолетовой на зеленую, и вновь приобретают фиолетовую окраску при нейтрализации кислоты щелочью.

Слайд 8

2.2 Биохимическая роль индикаторов
Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Антоцианы требуются клеткам головного мозга, улучшают память. Антоцианы – 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.

Слайд 9

2.2 Требования к индикаторам
Чтобы какое-либо вещество могло служить индикатором, оно должно удовлетворять следующим необходимым условиям: 1) должно быть слабой кислотой или слабым основанием; 2) его молекулы и ионы должны иметь разную окраску; 3) окраска их должна быть чрезвычайно интенсивной, чтобы быть заметной при добавке к испытуемому раствору малого количества индикатора. У природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся – скисают или плесневеют (более устойчивы спиртовые растворы). Другой недостаток – слишком широкий интервал изменения цвета. При этом трудно или невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной.

Слайд 10

3.1. Собственные исследования
В течение лета готовила индикаторы. Исходным сырьем служили растения. Из всех собранных растений поочередно получала вытяжки. Для этого плоды измельчала, заливала водой и кипятила в течение 1-2 минут. Затем раствор охлаждала и отфильтровывала. Полученный фильтрат разбавляла спиртом из расчета два объема фильтрата и один объем спирта с целью предохранения его от порчи. Вытяжки из лепестков цветков и листьев готовила аналогично. Для приготовления индикаторов использовалась химическая посуда: пробирки, химические стаканы, пипетки, воронки, фильтровальная бумага, водяная баня. Потребовались также дистиллированная вода, растворы с кислотной и щелочной средой. Кислым раствором служил столовый уксус (9%), а щелочным – раствор стиральной (кальцинированной) соды. Приготовленные растительные индикаторы испытывала при действии на них кислыми и щелочными растворами. Были исследованы плоды, лепестки, листья, цветки следующих растений: вишня, клубника, черника, брусника, ежевика, черноплодная рябина, свекла, черная смородина, гвоздика, красная роза, краснокочанная капуста, красная герань, петрушка, рябина. Результаты исследования занесены в таблицу 1.

Слайд 11

3.2. Результаты исследования растений-индикаторов

ТАБЛИЦА 1:
СЫРЬЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ИНДИКАТОРОВ ЕСТЕСТВЕННЫЙ ЦВЕТ ИНДИКАТОРА ЦВЕТ РАСТВОРА ЦВЕТ РАСТВОРА
СЫРЬЕ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ИНДИКАТОРОВ ЕСТЕСТВЕННЫЙ ЦВЕТ ИНДИКАТОРА в кислой среде (рН > 7) в щелочной среде (рН Вишня (ягоды) Темно-красный Ярко-красный Грязно-зеленый
Клубника (ягоды) Розовый Оранжевый Светло-коричневый
Рябина (ягоды) Красный Малиновый Розовый
Черника (ягоды) Светло-фиолетовый Фиолетовый Грязно-зеленый
Брусника (ягоды) Темно-красный Желтый Оранжевый
Ежевика (ягоды) Темно-фиолетовый Красный Коричневый
Черноплодная рябина (ягоды) Бордовый Красный Грязно-зеленый
Свекла (плоды) Рубиновый Ярко-красный Желтый
Краснокочанная капуста (листья) Темно-фиолетовый Зеленый Сиреневый
Черная смородина (ягоды) Бордовый Красный Зеленый
Черная смородина (листья) Желто-зеленый Желтый Коричневый
Петрушка (листья) Желто-зеленый Светло-коричневый Желтый
Красная роза (цветы) Розовый Бордовый Ярко-красный
Разноцветная гвоздика (цветы) Бурый Бледно-розовый Желтый
Красная герань (цветы) Красный Оранжевый Светло-коричневый

Слайд 12

3.3. Определение среды растворов моющих средств для посуды с помощью растительных индикаторов

На уроках биологии я узнала, что внешняя поверхность эпидермиса покрыта микроскопически тонким слоем – кислотной мантией. В эпидермисе протекает множество биохимических процессов. В результате образуются кислоты – молочная, лимонная и другие. Плюс к этому: кожное сало и пот. Все это и составляет кислотную мантию кожи. Следовательно, нормальная кожа имеет кислую реакцию, рН кожи составляет в среднем 5,5. При использовании моющих средств для посуды, имеющих щелочную среду, мы нарушаем нормальную кислотную среду кожи рук. Для предохранения кожи рук от негативного воздействия моющие средства для посуды должны иметь значение рН, соответствующее значению рН кислотной мантии эпидермиса. С помощью приготовленных растворов природных индикаторов я проверила, какую среду имеют различные моющие средства для посуды.

Слайд 13

3.3. Реакция среды растворов моющих средств для посуды

ТАБЛИЦА 2:
№ Моющее средство для посуды Растительный индикатор Окраска индикатора Среда раствора
1 «Миф» Отвар краснокочанной капусты Бледно-зеленая Слабощелочная
2 «Fairy» Отвар краснокочанной капусты Зеленая Щелочная
3 «AOS» Отвар клубники Бледно-желтая Слабощелочная
4 «Pril» Отвар ягод черноплодной рябины Бледно-розовая Слабокислая

Слайд 14

4. Заключение

Проведя исследовательскую работу, я пришла к следующим выводам: - многие природные растения обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, способных изменять свою окраску в зависимости от среды, в которую они попадают; - растворы растительных индикаторов можно использовать, например, в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов моющих средств для посуды в домашних условиях; - самодельные индикаторы из природного сырья можно применять на уроках химии в школах, если существует проблема обеспечения школы химическими реактивами. По результатам исследования были доказаны индикаторные свойства исследуемых объектов. Причем, здесь наблюдается следующая закономерность – все данные природные объекты в кислотной среде преимущественно окрашиваются в красный цвет, а в щелочной среде – в зелено-желтый. И это доказывает, что они действительно содержат антоцианы. Данное исследование показало, что в природе существуют такие растительные объекты, которые меняют свою окраску в зависимости от кислотности среды. Поэтому мы можем назвать их природными индикаторами.

Слайд 15

1)Природные индикаторы можно использовать на уроках химии, элективных курсах. 2)Растительные индикаторы можно использовать и в быту. Сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной – на желтый. Зная свойство свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким. Для этого к борщу следует добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты. 3)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. 4)Результаты исследовательской работы можно использовать для определения рН (водородный показатель) различных растворов, например, молочных продуктов, бульонов, лимонада и других, а также 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)Моющие средства для посуды «Миф», «Fairy», «AOS» имеют щелочную и слабощелочную среду и при их применении необходимо использовать резиновые перчатки для защиты кожи рук от негативного воздействия, так как щелочная среда разрушает кислотную мантию эпидермиса; 6) В стихотворении известного английского поэта Р.Киплинга «Синие розы», есть такие строки: Как – то милой я принес целый ворох красных роз. Не взяла она – и в слезы, синие найди ей розы. Зря изъездил я весь свет – синих роз под солнцем нет. Конечно, нет малиновых васильков и синих ландышей, но придать цветам фантастическую окраску можно. В цилиндр налить концентрированный нашатырный спирт и поместить красный цветок розы. Через несколько минут можно наблюдать изменение окраски. При взаимодействии с парами нашатырного спирта окраска красной розы становится синей.

Слайд 16

6. Список литературы

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.Оганесян Э.Т. Руководство по химии для поступающих в вузы. – М.: Высшая школа, 1998. 4.Савина Л.А. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. – М.: АСТ, 1996. 5.Новый энциклопедический словарь. – М.: Большая Российская энциклопедия. Ринол Классик, 2000. 6.Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982. 7.Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. – М.: Дрофа, 2002. 8.Интернет-ресурсы. 9. Пилипенко А.Т. «Справочник по элементарной химии». Киев «Наукова думка». 1973г. Стр.164 -167. 10. Байкова В.М. «Химия после уроков». 1976г. Стр. 90-95. 11. Научно – практический журнал «Химия для школьников» №4 2007г. стр.60 12. Учебно–методическая газета для учителей химии «Первое сентября», №22, 2007г. 13. Балаев И.И. «Домашний эксперимент по химии». 14. Назарова Т.С, Грабецкий А.А. «Химический эксперимент в школе» г. Москва. 1987г. 15. Информация с веб – сайта alchemic.ru «Добрые советы».

Величины в круглых скобках взяты из книги «Краткий справочник химика», сост. В.И.Перельман, М.-Л., „Химия“, 1964.

1. Точное значение рН перехода для большинства индикаторов несколько зависит от ионной силы раствора (I). Так, значение рН перехода, определяемое при I=0,1 (напр., раствор хлоридов натрия или калия) отличается от точки перехода в растворе с I=0,5 или I=0,0025 на 0,15...0,25 единицы рН.
2. *Столбец «х» - характер индикатора: к-кислота, о-основание.
3. Фенолфталеин в сильно щелочной среде обесцвечивается. В среде концентрированной серной кислоты также он даёт красную окраску, обусловленную строением катиона фенолфталеина, хотя и не такую интенсивную. Эти малоизвестные факты могут привести к ошибкам при определении реакции среды.

   Исследование отваров природных Окраска природных индикаторов

   Индикаторов в кислой среде (Рис 1) в кислой среде (рис.2)

   Исследование растворов Окраска природных индикаторов

   индикаторов в щелочной среде (Рис. 3) в щелочной среде (Рис. 4)

   Отвар лепестков розы и гвоздики в кислой и щелочной среде (Рис 5-6)

   Отвар ягод облепихи и вишни в кислой и щелочной среде (Рис 7 - 8)

   Отвар ягод ежевики и черники в кислой и щелочной среде (Рис 9 - 10)

   Отвар красного лука и ягод клюквы в кислой и щелочной среде (Рис 11-12)

   Отвар столовой свеклы и ягод клубники в кислой и щелочной среде (Рис 13-14)

   Отвар ягод черной смородины и малины в кислой и щелочной среде (Рис 15-16)

   Отвар листьев краснокочанной капусты в кислой и щелочной среде (Рис 17)

   ПРИЛОЖЕНИЕ 4

   Результаты исследования Результаты исследования

   индикатора из свеклы (Рис 1) индикатора из сока и отвара

   Клубники (рис 2)

   Цвета отвара и сока черной смородины (рис 3) Цвета отвара и сока вишни в кислой среде (Рис. 4)

   Цвета отвара, сока свежей и замороженной краснокочанной капусты в щелочной и кислой среде (рис 5, 6)

   Окраска соков в кислоте (рис 7)

   Окраска соков в щелочи (рис 8)

   ПРИЛОЖЕНИЕ 5

   Исследование цвета индикатора из отвара капусты краснокочанной, лепестков роз и гвоздик в растворах с разными значениями рН (Рис. 1-3)

   Исследование цвета индикатора из отвара ягод вишни, черники и красного лука в растворах с разными значениями рН (Рис. 4-6)

   Исследование цвета индикатора из отвара столовой свеклы и черной смородины в растворах с разными значениями рН (Рис.7, 8)

   ПРИЛОЖЕНИЕ 6

   Исследование средства для мытья посуды (рис.1-2)

   Исследование пятновыводителя (рис. 3).

   Изучение свойств средства для мытья стекол (рис. 4)

   Исследование среды средства для удаления ржавчины (рис. 5)

   Исследование среды моющего средства Прогресс (рис. 6)

   Цель работы: Исследовать свойства синтетических индикаторов, применяемых в школьной лаборатории и полученных из отдельных соков и отваров цветов, овощей, ягод, изучение характера среды с их помощью.

   Гипотеза: растворы растительных индикаторов можно приготовить самостоятельно и применять в химической лаборатории и домашних условиях при необходимости определения среды раствора, свойство растворов индикаторов зависит от способа получения, растворы природных индикаторов помогут определить значение рН раствора с точностью универсального индикатора.

   изучить литературные источники по теме; приготовить растворы индикаторов из природного сырья разными способами и исследовать влияние кислотной и щелочной среды на их окраски; сравнить полученные данные со свойствами показателей кислотно-щелочной среды заводского универсального индикатора; определить среду растворов некоторых средств, применяемых в быту; Задачи исследования

   Объект исследования: природные растения, пигменты которых обладают свойствами индикаторов, синтетические индикаторы школьной лаборатории. Предмет исследования: кислотно-щелочные свойства отвара и сока ягод, овощей, цветов Методы исследования: Эксперимент Наблюдение Сравнение Анализ полученных результатов

   Классификация индикаторов

   Опыт № 1 «Получение растворов синтетических индикаторов и исследование их свойств»

   Фенолфталеин Метиловый оранжевый Лакмоид

   Опыт №2 «Получение растительных индикаторов»

   Опыт № 3 «Исследование окраски полученных растительных индикаторов в кислой и щелочной средах»

   Кислая среда

   Щелочная среда

   Капуста краснокочанная

   Опыт № 4 «Сравнение действия индикаторов, полученных из отвара и свежевыжатых соков свежих и замороженных ягод и овощей»

   Опыт № 4 «Сравнение действия индикаторов, полученных из отвара и свежевыжатых соков свежих и замороженных ягод и овощей» Столовая свекла Клубника Красный лук Малина Краснокочанная капуста Ежевика

   Опыт № 5 «Исследование изменения окраски индикаторов при разных значениях pH – среды в сравнении со свойствами универсального индикатора»

   Капуста краснокочанная

   Опыт № 6 «Обнаружение свойств растворов веществ, применяемых в быту»

   Опыт № 6 «Обнаружение свойств растворов веществ, применяемых в быту»

   Выводы по работе: Растворы растительных индикаторов можно получить в домашних условиях и использовать в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов. Наиболее пригодны для получения индикаторов такие растения как свекла, красная роза, гвоздика, черная смородина, краснокочанная капуста, ежевика, черника, вишня. Свойства этих индикаторов сравнимы со свойствами универсальной индикаторной бумаги.

   Индикаторы из растительного сырья лучше готовить в виде растворов соков. Можно использовать и замороженное сырье. Заметная разница в цветах некоторых соков замороженных и свежих ягод, требует дальнейшего изучения на примерах других ягод в летнее время года Выводы по работе:

   Синтетические индикаторы меньше изменяют первоначальный оттенок, полученный при добавлении кислоты или щелочи, по сравнению с природными индикаторами. Полученные индикаторы можно использовать на уроках химии, на занятиях элективного курса, чтобы учащиеся имели представление о природных индикаторах и использовали их в своей жизни в будущем, так как синтетические индикаторы не всем доступны Работу с природными индикаторами можно продолжить, исследуя индикаторные свойства других растений. Выводы по работе:

   Спасибо за внимание!

Карельский филиал МОУ Устьинской СОШ Моршанского района.

Природные индикаторы

(исследовательская работа)

Выполнила ученица 8 класса

Мельситова Юля.

Учитель :Полякова Е.Н.

учитель географии и биологии

2011 год

Содержание.

1.Введение стр. 5 - 4

2.Основная часть стр. 5 – 14

2.1.Теоретическая часть стр. 5 – 10

2.2. исследовательская часть стр.10 - 14

3.Заключение стр. 15

4. Литература стр.16

Введение.

Природа – удивительное творение Вселенной. Мир природы красив, таинственен и сложен. Этот мир богат разнообразием фауны и флоры. Данная работа посвящена уникальным свойствам растений, которые не перестают удивлять человечество. Мы углубимся в их внутренний мир, установим их связь с такими науками как химия, биология и даже медицина.

Итак, давайте начнем с самого простого.

Царство растений удивляет нас своим многообразием цветовых оттенков. Цветовая палитра настолько разнообразна, что невозможно сказать, сколько цветов и их оттенков существует в мире растений. Таким образом, возникает вопрос – от чего зависит окраска тех или иных растений? Какова структура растений? Что они содержат в себе? И каковы их свойства? Чем дальше мы погружаемся в мир растений, тем мы задаемся все больше и больше другими вопросами. Оказывается, цвет растений определяется химическим составом клеточного содержимого каждого растения. А точнее, всему виной являются так называемые биофлавониды. Это химические природные соединения, придающие определенный цветовой оттенок и свойства любому растению. Поэтому биофлавонидов существует множество. К ним относятся антоцианы, ксантофиллы, каротиноиды, катехины, флавонолы, флавононы и другие.

Польза многих растений несомненна. Издревна люди применяли растения в качестве лекарственных средств. Поэтому недаром возникла народная медицина, основанная на уникальных и лекарственных свойствах растений.

Почему нами выбрана данная тема.

Во-первых, нам интересны свойства растительных объектов.

Во-вторых, какова их роль в такой науке как химия?

Чем определяются их индикаторные свойства?

И, в-третьих, как можно использовать их свойства в медицинских целях.

Поэтому нами будут рассмотрены такие флавониды, как антоцианы. Так как они являются идеальными кандидатами для нашего исследования. По литературным данным антоцианы содержатся в таких природных объектах как анютины глазки, малина, клубника, земляника, вишня, слива, краснокочанная капуста, черный виноград, свекла, черноплодная рябина, смородина, голубика, клюква и многие другие.

Актуальность темы заключается в том, что на сегодня все больше и больше интересуют свойства растительных объектов для применения и использования их в разных областях науки, таких как химия, биология и медицина.

Цель работы : с помощью исследования доказать наличие природных индикаторов – пигментов -антоцианов в растительных объектах и изучить их свойства. Задачи исследования:

1) Исследовать природные объекты на наличие индикаторов – антоцианов;

2) Доказать индикаторные свойства растительных пигментов – антоцианов;

3) Выявить значение и биохимическую роль природных объектов, содержащих антоцианы.

Объекты исследования: ягоды клубники, плоды боярышника, вишни, шиповника, черемухи, корнеплоды столовой свеклы, цветы медуницы. Методы исследования: эксперимент.

2. Основная часть.

2.1. Теоретическая часть

2.1.1.Химические индикаторы.История образования 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 такие как, кислотно-основные, универсальные, окислительно-восстановительные, адсорбционные, флуоресцентные, комплексонометрические и другие.

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

Самый известно 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. Готовили лакмус из специальных видов лишайников. Измельченные лишайники увлажняли, а затем добавляли в эту смесь золу и соду. Приготовленную смесь помещали в деревянные бочки, добавляли мочу и выдерживали длительное время. Постепенно раствор приобретал темно-синий цвет. Его упаривали и в таком виде применяли для окрашивания тканей.

Позже лакмус был открыт в 1663 году. Он представлял собой водный раствор лишайника, растущего на скалах в Шотландии.

Известен и следующий исторический факт:

«В лаборатории известного английского ученого физика и химика Роберта Бойля, как обычно, кипела напряженная работа: горели свечи, в ретортах нагревались разнообразные вещества. В кабинет к Бойлю вошел садовник и поставил в углу корзину с 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. Лаборант сообщил Бойлю, что вчера доставили две бутылки соляной кислоты из Амстердама. Бойлю захотелось взглянуть на эту кислоту и, чтобы помочь лаборанту налить кислоту, он положил фиалки на стол. Затем, прежде чем отправиться в кабинет, он взял свой букетик и заметил, что фиалки слегка дымились от попавших на них брызг кислоты. Чтобы промыть цветы, он 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, ученый начал исследования. Он обнаружил, что и другие кислоты окрашивают лепестки фиалок в красный цвет. Он подумал, что если приготовить из лепестков настой и добавить его к исследуемому раствору, то можно будет узнать, кислый он или нет. Бойль начал готовить настои из других растений: целебных трав, древесной коры, корней растений и др.Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из лакмусового 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 бумага, которая имеется в любой химической лаборатории. Таким образом было открыто одно из первых веществ, которое Бойль уже тогда назвал « индикатором.»

Роберт Бойль приготовил водный раствор лакмусового лишайника для своих опытов. Склянка, в которой он хранил настой, понадобилась для соляной кислоты. Вылив настой, Бойль наполнил склянку кислотой и с удивлением обнаружил, что кислота покраснела. Заинтересовавшись этим явлением, Бойль на пробу добавил несколько капель к водному раствору гидроксида натрия и обнаружил, что в щелочной среде лакмус синеет. Так был открыт первый индикатор для обнаружения кислот и щелочей, названный по имени лишайника лакмусом. С тех пор этот индикатор является одним из незаменимых индикаторов в различных исследованиях в области химии.»

Кислотно-основные индикаторы.

Чаще всего в лабораториях используют кислотно-основные индикаторы. К ним относятся фенолфталеин, лакмус, метиловый оранжевый, бромтимоловый синий и другие.

Кислотно-основные индикаторы – это органические соединения, способные изменять цвет в растворе при изменении кислотности. Они изменяют цвет в достаточно узких границах рН. Таких индикаторов известно множество, и каждый из них имеет свою область применения.

Такие индикаторы являются одними из самых устойчивых и востребованных в лабораториях химии.

2.1.2 . Природные индикаторы. Характеристика и классификация .

С древности люди уделяли большое внимание наблюдениям за природой. И в наше время учение многих стран все больше и больше стали обращаться к природным индикаторам.

Пигменты многих растений способны изменять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока. Поэтому растительные пигменты являются индикаторами, которые можно применять для исследования кислотности других растворов. Общее название природных пигментов флавониды. В эту группу входят каротиноиды, ксантофиллы, антоцианы, соответственно определяющие желтую, оранжевую, красную, синюю, фиолетовую окраску растений.

Антоцианы – это природные пигменты из группы флавонидов.

Известно большое количество объектов, богатыми антоцианами. Это малина, клубника, земляника, вишня, слива, краснокочанная капуста, черный виноград, свекла, черника, голубика, клюква и многие другие.

Антоцианы придают фиолетовый, синий, коричневый, красный или оранжевый цвета плодам. Такое многообразие объясняется тем, что цвет изменяется в зависимости от баланса кислот и щелочей.

Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р.Вильштеттером. Первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р.Робинсоном. Разнообразие окраски объясняется не только особенностями их строения, но и образованием комплексов с ионными К (пурпурная соль), Мg и Са (синяя соль), а также адсорбцией на

полисахаридах. Образованию антоцианов благоприятствуют низкая температура, интенсивное освещение.

Антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами: в нейтральной среде приобретают пурпурную окраску, в кислой среде – красный цвет, в щелочной среде – зелено-желтый цвет.

Антоцианы очень часто определяют цвет лепестков, плодов и осенних листьев. Они обычно придают фиолетовую, синюю, коричневую, красную окраску. Эта окраска часто зависит от рН клеточного содержимого, и потому может меняться при созревании плодов, отцветании цветков в процессах, сопровождающихся закислением клеточного сока.

Растения с повышенной концентрацией антоцианов популярны в ландшафтном дизайне. Многие считают, что цвет осенних листьев (включая красный цвет) просто результат разрушения хлорофилла, который маскировал уже имевшиеся желтые, оранжевые и красные пигменты (каротиноид, ксантофилл и антоциан, соответственно). И если для каротиноидов и ксантофиллов это действительно так, то антоцианы не присутствуют в листьях до тех пор, пока в листьях не начнет снижаться уровень хлорофиллов. Именно тогда растения начинают синтезировать антоцианы. К сожалению, почти у всех природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся – скисают или плесневеют. Другой недостаток – слишком широкий интервал изменения цвета. При этом трудно или невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной.

Какова биохимическая роль индикаторов?

Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких сред, следить за изменением их состава или за протеканием химической реакции.

Как уже было сказано, общее название всех природных пигментов, природных индикаторов – флавониды.

Флавониды - гетероциклические соединения. В зависимости от структуры и степени окисления делятся на антоцианы, катехины, флавонолы, флавононы, каротиноиды, ксантофиллы и т. д. Находятся в растениях в свободном состоянии и в виде гликозидов (исключение - катехины).

Антоцианы – это биофлавониды, придающие плодам фиолетовую, синюю, коричневую, красную окраску.

Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Антоцианы требуются клеткам головного мозга, улучшают память.

Антоцианы – 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.

Так как антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами, то их можно применять как индикаторы для идентификации кислотной, щелочной или нейтральной среды, как в химии, так и в быту.

2.2. Исследовательская часть.

2.2.1. Введение.

В качестве природных индикаторов были отобраны ягоды клубники, плоды черемухи, черной смородины, вишни, шиповника, красно-кочанной капусты, черники и столовой свеклы. Это те природные объекты, которые содержат наибольшую концентрацию антоцианов. Поэтому мы поставили перед собой

цель исследования: с помощью исследования доказать наличие природных индикаторов – антоцианов в растительных объектах и изучить их свойства.

Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:

1) исследовать природные объекты на наличие индикаторов – антоцианов;

2) доказать индикаторные свойства растительных пигментов – антоцианов;

3) выявить значение и биохимическую роль природных объектов, содержащих антоцианы.

2.2.2 Методика исследования.

Зная о способности антоцианов изменять свою окраску в различных средах,

можно доказать их присутствие или опровергнуть. Для этого необходимо исследуемый материал порезать или потереть, затем прокипятить, так как это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Растворы наливают в прозрачную посуду и добавляют в одну порцию аммиак или раствор соды, а в другую наливают уксус. Если окраска изменится под их воздействием, значит продукты содержат антоцианы и они особенно полезны.

Добиться извлечения антоцианов из клеток растения можно и механическим способом: растереть материал в ступке с песком, добавить около 10 мл воды и отфильтровать.

2.2.3 Результаты исследований.

Исследуемый материал

Обычный чай можно использовать в домашних условиях как индикатор. Вы замечали, что чай с лимоном гораздо светлее, чем без лимона. В кислой среде он обесцвечивается, а в щелочной становится более темным.

чай нейтральная среда чай в кислой и щелочной среде

Учащиеся 8 класса, проводя исследование по первоцветам, обнаружили интересную особенность медуницы. Ее стебли развились еще под снегом, и когда обнажилась почва, у медуницы появляются уже окрашенные бутоны.

Бутоны розовые и в ярко- розовый цвет окрашены и распустившиеся цветки. Но проходит несколько дней, и окраска цветка изменяется: он становится пурпурным, а потом фиолетовым, затем синеет, а позже иногда голубеет и даже белеет. Соцветие медуницы – разноцветный букетик.

Самые верхние, только что распустившиеся цветки – розовые, пониже – фиолетовые и синие.

Почему изменяется окраска цветка?

Это зависит от присутствия в лепестках цветка особого красящего вещества- антоциана. Это вещество изменяет свой цвет: розовеет от кислоты и синеет от щелочи. С возрастом цветка состав клеточного сока в лепестках медуницы изменяется: кислый вначале сок затем становится щелочным. Изменяется и окраска антоциана: он синеет. Проверим эти явления с помощью опытов.

Провели следующие опыты с цветами медуницы:

1.Опустили розовый цветок медуницы в воду и капнули туда нашатырного спирта или раствора соды -цветок синеет. Почему? (Потому что среда раствора стала щелочной.)

2.Взяли синий цветок, положили в другой стакан с водой и капнули туда уксусной эссенции - синий цветок порозовеет. Причина?

(среда стала кислой.)

2.2. 4 . Выводы исследования.

По результатам нашего исследования были доказаны индикаторные свойства исследуемых объектов. Причем,здесь наблюдается следующая закономерность – все данные природные объекты в кислотной среде преимущественно окрашиваются в красный цвет, а в щелочной среде – в зелено-желтый. И это доказывает, что они действительно содержат антоцианы. Данное исследование нам показало, что в природе существуют такие растительные объекты, которые меняют свою окраску в зависимости от кислотности среды. Поэтому мы можем назвать их природными индикаторами .

3.Заключение.

В результате этой исследовательской работы нами доказано, что среди природных объектов существует большое количество природных индикаторов, которые можно использовать и применять как в быту, так и в химии для других разных исследований.

А также антоцианы часто применяются в медицине благодаря

их уникальным свойствам. Антоцианы имеют огромное биохимическое значение. Антоцианы являются мощными антиоксидантами, нейтрализующими свободные радикалы, которые в свою очередь губительно действуют на наш организм. Таким образом, антоцианы являются гарантами долгой и здоровой жизни клеток, а значит, продлевают и нашу жизнь. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Также они помогают снизить уровень сахара крови. Особенно это касается тех людей, которые больны сахарным диабетом. Чтобы получить всю эту пользу, ученые советуют съедать в день всего полстакана черники – свежей или замороженной. Поэтому препараты, содержащие чернику, наиболее востребованы в медицине.

4. Литература.

1. Ветчинский К.М. Растительный индикатор.М.: Просвещение, 2002. – 256с.

2. Вронский В.А. Растительный индикатор. - СПб.: Паритет, 2002. – 253с.

3. Галин Г.А. Растения помогают геологам. – М.: Наука, 1989. - 99с.

4. Зацер Л.М. К вопросу об использовании растений-индикаторов в химии. – М.: Наука, 2000. – 253с.

5. Леенсон И.А. Занимательная химия: 8-11 классы. - М.: Просвещение, 2001. – 102с.

6. Соколов В.А. Природные красители.М.: Просвещения, 1997.

7. Журнал « Химия в школе» №2, №8 – 2002 год.

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.

Вещества		Характер среды

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

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.

Индикатор	Интервал pH	Изменение окраски
Метиловый фиолетовый	(I) 0,13 - 0,5	Желтая - зеленая
Резоловый красный	(I) 0,2 - 1,8	Красная - желтая
Метиловый фиолетовый	(II) 1,0 – 1,5	Зеленая - синяя
Тимоловый синий	(I)1,2 – 2,8	Красная - желтая
Тропеолин 00	1,3 – 3,2	Красная - желтая
Метиловый фиолетовый	(III)2,0 – 3,0	Синяя - фиолетовая
Бромфеноловый синий	3,0 – 4,6	Желтая - синяя
Метиловый оранжевый	3,1 – 4,0	Красная – оранжево-желтая
Бромкрезоловый синий	3,8 – 5,4	Желтая - синяя
Метиловый красный	4,2 – 6,2	Красная - желтая
Лакмус (азолитмин)	5,0 – 8,0	Красная - синяя
Бромкрезоловый пурпурный	5,2 – 6,8	Желтая – ярко-красная
Бромтимоловый синий	6,0 – 7,6	Желтая - синяя
Феноловый красный	6,8 – 8,4	Желтая - красная
Крезоловый красный	(II)7,0 – 8,8	Желтая – темно-красная
Тимоловый синий	(II)8,0 – 9,6	Желтая - синяя
Фенолфталеин	8,2 – 10,0	Бесцветная - красная
Тимолфталеин	9,3 – 10,5	Бесцветная - синяя
Нильский голубой	10,1 – 11,1	Синяя - красная
Диазофиолетовый	10,1 – 12,0	Желтая - фиолетовая
Индигокармин	11,6 – 14,0	Синяя - желтая

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

Растительное сырье	Исходный цвет раствора	Цвет раствора при воздействии соляной кислоты	Цвет раствора при воздействии гидроксида натрия
Черника 1. спиртовой раствор 2. водный раствор	1. красный 2. красно-фиолетовый	1. алый 2. алый	1. изумрудный 2. темно-зеленый
Вишня спиртовой раствор водный раствор	1. красный 2. красный	1. алый 2. алый	1. изумрудный 2. изумрудный
Клубника спиртовой раствор водный раствор	1. розовый 2. розовый	1. оранжевый 2. оранжевый	1. желто-коричневый 2.желто-коричневый
Слива спиртовой раствор водный раствор	1. бесцветный 2. бесцветный	1. розоватый 2. бесцветный	1. лимонный 2. желтый
Черная смородина спиртовой раствор водный раствор	1. светло-розовый 2.светло-красный	1. ярко-розовый 2. красный	1. светло-зеленый 2. ярко-зеленый
Свекла спиртовой раствор водный раствор	1. розовый 2. красный	1. фиолетовый 2. рубиновый	1. желтовато-бесцветный 2. желтый
Морковь спиртовой раствор водный раствор	1. бесцветный 2. бесцветный	1. бесцветный 2. бесцветный	1. мутно-желтый 2. бесцветный
Томат спиртовой раствор водный раствор	1. бесцветный 2. бесцветный	1. бесцветный 2. бесцветный	1. желтый 2. желтый
Краснокочанная капуста спиртовой раствор водный раствор	1. сиреневый 2. фиолетовый	1. розовый 2. красный	1. зеленый 2. сине-зеленый

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