Самодельные индикаторы. Исследовательская работа "природные индикаторы"
Кидакоева Амина Муссовна
Исследовательская работа на тему: "Индикаторы у нас дома."
Скачать:
Предварительный просмотр:
Карачаево – Черкесская республика
МКОУ «СОШ а. Псаучье - Дахе имени Героя России О.М.Карданова»
Хабезского муниципального района
Тема работы:
«Индикаторы у нас дома».
Работу выполнила:
Кидакоева Амина Муссовна
ученица 8 класса
Руководитель:
Учитель химии высшей квалификационной категории
Охтова Елена Рамазановна.
2015 год
а. Псаучье – Дахе
Тезисы.
Здравствуйте. Я Кидакоева Амина – ученица 8 класса МКОУ «СОШ а. Псаучье – Дахе имени Героя России О.М. Карданова». Тема моей работы: «Индикаторы у нас дома». 1слайд.
В природе мы встречаемся с различными веществами, которые нас окружают. В этом году мы начали знакомиться с интересным предметом - химия. Сколько же в мире веществ? Какие они? Зачем они нам нужны и какую пользу приносят? Нас заинтересовали такие вещества, как индикаторы. На уроках химии нам учитель рассказала про индикаторы: лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый.
Мы решили выяснить: можно ли в качестве индикаторов использовать те природные материалы, которые есть дома и с их помощью определить кислотность моющих средств и продуктов питания.
Цель работы: 2 слайд
Изучить понятие об индикаторах;
Ознакомиться с их открытием и выполняемыми функциями;
Научиться выделять индикаторы из природных объектов;
Исследовать действие природных индикаторов в различных средах;
3 слайд Первые краски люди получали из цветов, листьев, стеблей и корней растений. С давних пор русские крестьяне пользовались растительными красителями, 4 слайд. они окрашивали шерсть и льняные ткани в различные цвета. Для получения краски размельчённые части растений обычно кипятили в воде и полученный раствор выпаривали до густого или твёрдого осадка. Затем ткани кипятили в растворе красителя, добавляя для прочности окраски соду и уксус.
5 слайд Главной составной частью краски является краситель. Краситель - это красящее химическое соединение, придающее материалу определённый цвет. Цвет красок преимущественно обусловливают входящие в их состав пигменты (от лат. «pigmentum»- краски). Растительные кислотно-основные индикаторы – красящие вещества - антоцианы. Именно антоцианы придают разнообразные оттенки розового, красного, голубого и лилового многим цветам и плодам.
Красящее вещество свеклы бетаин или бетанидин в ще лочной среде обесцвечивается, а в кислой - краснеет. Вот почему такой аппетитный цвет у борща с квашеной капустой.
6 слайд. Индикаторы – значит «указатели». Это вещества, которые меняют цвет в зависимости от того, попали они в кислую, щелочную или нейтральную среду. Больше всего распространены индикаторы - лакмус, фенолфталеин метилоранж.
Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус. Лакмус – водный настой лакмусового лишайника, растущего на скалах в Шотландии.
7 слайд. Для определения кислотности существует рН. Водородный показатель, pH – величина, характеризующая концентрацию ионов водорода в растворах. Это понятие было введено в 1909 году датским химиком Сёренсеном . Показатель называется pH, по первым буквам латинских слов potentia hydrogeni - сила водорода, или pondus hydrogenii - вес водорода. Водные растворы могут иметь величину pH в интервале 0-14. В чистой воде и нейтральных растворах pH=7, в кислых растворах pH 7. Величины pH измеряют при помощи кислотно-щелочных индикаторов.
8слайд Для получения природных индикаторов мы поступили следующим образом. Исследуемый материал (свёклу) натёрли на тёрке, затем прокипятили, так как это приводит к разрушению мембран клеток и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Растворы налили в прозрачную посуду. Чтобы узнать, какой отвар служит индикатором на ту или иную среду и как изменяется его цвет, надо было провести испытание. Взяли пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляли их поочередно в кислый или щелочной раствор. Кислым раствором служил столовый уксус, а щелочным - раствор пищевой соды. Если, к примеру, добавить к ним ярко-красный отвар из свёклы, то под воздействием уксуса он станет красным, соды - красно-фиолетовым, а в воде – бледно-розовым, т.к. в воде среда нейтральная.
9 слайд Также обычный чай можно использовать в домашних условиях как индикатор. Мы заметили, что чай с лимоном гораздо светлее, чем без лимона. В кислой среде он обесцвечивается, а в щелочной становится более темным. Виноградный сок – хороший домашний индикатор. В нейтральной и кислой среде он красного цвета, а в щелочной – светло – зелёного цвета.
Химические опыты с продуктами питания.
10 слайд Мы решили с помощью природного индикатора – отвара свёклы и виноградного сока проверить кислотность среды молока 2,5% и сметаны 20%. В молоко добавили несколько капель отвара свёклы. Раствор стал бледно-розовый. Значит в молоке среда ближе к нейтральной. Тот же опыт повторили со сметаной. 11 слайд Цвет сметаны после добавления природного индикатора был насыщенно - розовым. Это ближе к слабо - кислой среде. Вывод такой: в молоке нейтральная среда, а в сметане - кислая среда. Виноградный сок дал интересные результаты. 12 слайд . В щелочной среде сок стал синим, в кислой – красным, в нейтральной – розовым. Далее мы добавили виноградный сок в молоко и сметану. 13 слайд . В молоке он стал светло-зелёным, а в сметане – бледно-розовым. Значит в сметане слабо-кислая среда. Результаты занесли в таблицу. 14 слайд.
Химические опыты с моющими средствами.
Затем мы решили проверить среду в мыле и стиральном порошке. Для этого исследовали порошок «Тайд», мыло «DOVE» и хозяйственное мыло. Сначала приготовили растворы этих моющих средств. В каждый раствор добавляли индикатор – отвар свёклы. 15 слайд. В хозяйственном мыле индикатор стал фиолетовым, 16 слайд . а в мыле «DOVE – розовым». Значит в хозяйственном мыле сильно - щелочная среда. Очень большое содержание щелочи в мыле наносит большой вред коже рук. В «хозяйственном мыле» большое содержание щелочи, в то время как в мыле «DOVE» самое низкое содержание щелочи (нейтральная среда). Из этого можно сделать вывод: в мыле «DOVE» самое низкое содержание щелочи, следовательно, оно является более безопасным для кожи рук.
17 слайд. В раствор порошка «Тайд» добавили наш индикатор –отвар свёклы. Раствор стал фиолетовым, а через несколько минут – обесцветился. Значит в растворе порошка сильно - щелочная среда.
Выводы. 18 слайд
- Красящие вещества растений в кислой среде дают оттенки красных тонов, в щелочной среде – фиолетовый, а в нейтральной – розовый.
- В качестве индикаторов кислотности нашей местности предлагаем следующие растения: свёкла, чай и виноградный сок.
- В заключении хочу выразить свое отношение к химии словами М. Горького: «Прежде всего и внимательнее всего изучайте химию. Это изумительная наука, знаете…Ее зоркий, смелый взгляд проникает в огненную массу солнца и во тьму земной коры, в невидимые частицы вашего сердца, и в тайны строения камня, и в безмолвную жизнь дерева. Она смотрит всюду и, везде открывая гармонию, упорно ищет начало жизни…» 19 слайд
В химических лабораториях то и дело пользуются индикаторами - иногда для определения тех или иных веществ, а большей частью, чтобы узнать кислотность среды, потому что от этого свойства зависит и поведение веществ, и характер реакции. Индикаторы не раз понадобятся и нам, а так как не всегда можно их купить, то попробуем приготовить их самостоятельно. Исходным сырьем будут служить растения: многие цветы, плоды, ягоды, листья и корни содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую (или, напротив, в щелочную) среду, они наглядным образом сигнализируют нам об этом.
Растительное «сырье» летом собрать нетрудно - в лесу, в поле, в саду или огороде. Возьмите яркие цветы - ирис, темные тюльпаны и розы, анютины глазки, мальву; наберите малины, ежевики, черники, голубики; запаситесь несколькими листами красной капусты и молодой свеклой.
Так как растворы индикаторов получают отвариванием (отвар - это нечто вроде бульона), то они, естественно, быстро портятся-скисают, плесневеют. Их надо готовить непосредственно перед опытом. Возьмите немного запасенного сырья (точное количество не имеет значения), положите в пробирку, налейте воды, поставьте на водяную баню и нагревайте до тех пор, пока раствор не окрасится. Каждый раствор после охлаждения профильтруйте и слейте в приготовленную заранее чистую склянку с этикеткой.
Чтобы обеспечить себя индикаторами на весь год, засушите летом лепестки и ягоды, разложите их по отдельным коробочкам, а потом точно так же, как говорилось выше, приготовьте из них отвары, отдельно из каждого растения.
Чтобы узнать, какой отвар служит индикатором на ту или иную среду и как изменяется его цвет, надо провести испытание. Возьмите пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляйте их поочередно в кислый или щелочной раствор. Кислым раствором может служить столовый уксус, а щелочным - раствор стиральной соды, карбоната натрия. Если, к примеру, добавить к ним ярко-синий отвар из цветков ириса, то под воздействием уксуса он станет красным, соды - зелено-голубым.
Результаты всех этих опытов тщательно записывайте, лучше всего в таблицу; ее образец мы здесь приводим.
Предлагаем вам продолжить таблицу самостоятельно.
Не только листья и ягоды могут сослужить вам службу в качестве индикаторов. На изменение кислотности четко реагируют изменением цвета некоторые соки (в том числе из красной капусты, из вишни, черного винограда, черной смородины) и даже компоты.
Выполнить роль индикатора может обычный борщ. Хозяйки это давно приметили и используют такое свойство свекольного отвара, но не для анализа. Чтобы борщ был ярко-красным, в него перед окончанием варки добавляют немного пищевой кислоты - уксусной или лимонной; цвет меняется буквально на глазах.
В лабораториях широко используют индикатор фенолфталеин. Приготовим его из аптечных таблеток того же названия. Одну-две таблетки разотрите и растворите примерно в 10 мл водки (в крайнем случае, просто в теплой воде). В любом случае таблетки растворятся не полностью, потому что кроме основного вещества, фенолфталеина, в них есть еще наполнитель - тальк или мел. Отфильтруйте полученный раствор через промокательную бумагу и перелейте в чистую склянку с этикеткой «фенолфталеин - индикатор». Этот бесцветный раствор со временем не портится. Он пригодится, и не раз, для определения щелочной среды: в ней он мгновенно краснеет. Для проверки добавьте каплю-другую фенолфталеина к раствору стиральной соды.
И последнее о растительных индикаторах. Некогда было в моде писать приглашения на лепестках цветов; а писали их в зависимости от цветка и желаемого цвета надписи раствором кислоты или щелочи, пользуясь тонким пером или заостренной палочкой. Попробуйте, если хотите, писать таким образом, но лепестки и растворы для письма подберите самостоятельно. Имейте в виду, что раствор должен быть не слишком концентрированным, иначе можно повредить нежный лепесток.
О. Ольгин. "Опыты без взрывов"
М., "Химия", 1986
В одной из книг о растениях, относящейся к 1633 году, написано: «Если бросить цветы цикория в муравейник, они вскоре станут красными как кровь» ". В несколько позднее написанной работе «О ферментации», изданной в 1659 году, говорится, что «голубого цвета настойка фиалок при добавлении серной кислоты становится пурпурного цвета; если теперь добавить несколько капель нашатырного спирта, пурпурный цвет поменяется на зеленый...».(1)
Рассказывая об индикаторах нельзя не вспомнить о лакмусе. Лакмус - это краситель, полученный из некоторых видов лишайников семейства рочелловых. Он был известен уже в Древнем Египте и Древнем Риме, где его использовали в качестве краски - заменителя дорогостоящего пурпура. Затем рецепт приготовления лакмуса был утерян. Лишь в начале ХIV века во Флоренции вновь была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу. Похожее на орсейль красящее вещество было выделено в ХVII веке из гелиотропа - душистого садового растения с темно-лиловыми цветами. Роберт Бойль писал о гелиотропе: «Плоды этого растения дают сок, который при нанесении на бумагу или материю имеет сначала свежий ярко-зеленый цвет, но неожиданно изменяет его на пурпурный. Если материал замочить в воде и отжать, вода окрашивается в винный цвет; такие виды красителя есть у аптекарей, в бакалейных лавках и в других местах, которые служат для окраски желе, или других веществ, кто как хочет.». С того времени орсейль и гелиотроп стали использовать в химических лабораториях. И лишь в 1704 году немецкий ученый М.Валентин назвал эту краску лакмусом. Химический состав его сложен. Важнейшее индикаторное соединение, которое содержится в количестве 4-5 % - азолитмин. Интервал перехода лакмуса находится в пределах от рН 4,5 до рН 8,3. Окраска изменяется с красной на синюю.
В некоторых странах краску, схожую с лакмусом, добывали из других растений. Простейшим примером служит свекольный сок, который также изменяет цвет в зависимости от кислотности среды.
С развитием химии число кислотно - основных индикаторов неуклонно росло и индикаторы растительного происхождения постепенно уступили место индикаторам химического синтеза. В 1871 году немецким ученым Адольфом Байером (1835-1917) был введен в практику кислотно-основной индикатор фенолфталеин (рис.1). В кислой и нейтральной среде этот индикатор бесцветный, а в щелочной среде он имеет малиновую окраску.
В ХIХ веке научились создавать более прочные и дешевые синтетические красители. В настоящее время их известно несколько сотен. В 1877 году П. Гриссом был открыт метилоранж (рис.2) В кислой среде он красный, в нейтральной - оранжевый, а в щелочной - желтый. Более яркая окраска свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной - желтый, а в щелочной - синий. В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его раствор используют как дезинфицирующее средство). Для того чтобы проверить это, надо приготовить разбавленный раствор бриллиантового зеленого: налить в пробирку несколько миллилитров воды и добавить в нее одну, две капли аптечного препарата. Раствор приобретет красивый зелено-голубой цвет. В сильно-кислой среде его окраска изменится на желтый, а в сильнощелочной - раствор обесцветится.(5)
Появление синтетических индикаторов дало толчок и к использованию лучших растительных экстрактов, которые были известны в прошлые времена (например, экстракт краснокочанной капусты еще Фарадей считал пригодным для использования в качестве индикатора). Свойства наиболее известных растительных индикаторов приведены в приложении в таблице 1.
В лабораторной практике наиболее часто используется универсальный индикатор - смесь нескольких кислотно-основных индикаторов. Он позволяет легко определить не только характер среды (кислая, нейтральная или щелочная), но и значение кислотности раствора.
Приготовление индикаторов
Для приготовления индикаторов из растительного сырья рекомендуется, прежде всего использовать окрашенные растения или их части. Известно также, что не дают изменения окраски в зависимости от среды желтые пигменты.
В литературе мне встретилось несколько способов приготовления индикаторов.(2,3,4) Знаменитый индикатор из сока краснокочанной капусты можно получить следующим образом: 40-50 граммов мелко нарезанной капусты залить 25 мл этилового спирта или водки, осторожно прокипятить, отфильтровать - индикатор готов.(2) Для получения индикатора из корней конского щавеля можно использовать высушенные корни. Их тонко измельчают, отвешивают 25 - 30 грамм и заливают 25% водным раствором аммиака (120 -150 мл). через 6 часов в вытяжку опускают сухую фильтровальную бумагу на 10 -12 минут, пока красящее вещество не адсорбируется целлюлозой. Затем бумагу промывают и сушат. Сухую бумагу розового цвета разрезают на ленточки и хранят в пакетиках.(4)
В домашних условиях удобно использовать вытяжки, которые готовят следующим образом: 50г плодов натереть на тёрке, залить 200мл воды и кипятить в течение 2-3минут. Затем охлаждённый и отфильтрованный раствор разбавить спиртом в соотношении 2:1 с целью предохранения раствора от порчи. Аналогично готовят вытяжки из лепестков цветов. Чтобы приготовить индикаторные бумажки надо полоски фильтровальной бумаги 2-3 раза пропитать вытяжкой из растений.(3)
Выбор растительного материала для приготовления индикаторов неограничен. Можно использовать сушеные ягоды, получая из них настои:
Для этого измельченный материал нужно залить водой и дать постоять некоторое время при комнатной температуре. Окрашенный раствор отфильтровать и использовать как индикатор. Многие ягоды сохраняют свои свойства, если их поместить в сахарный сироп.
В своей работе мы использовали свежевыжатый сок растений и ягодный сахарный сироп. В качестве контрольного раствора применялся раствор индикатора в воде (3 капли сока на 10 мл воды).
Сравнение свойств индикаторов
Сначала мы исследовали индикаторную способность у соков картофеля, моркови, свеклы, клюквы, калины, яблока, репчатого лука, чеснока, а также как контрольные - растворы аптечной настойки бриллиантового зеленого и настойки йода, об индикаторных свойствах которых мы уже знали из литературы. Растительное сырье для приготовления индикаторов было собрано на садовом участке и в пригородном лесу. Для создания разной среды мы в своих первых экспериментах использовали 1% раствор чайной соды, как слабощёлочной, а в качестве кислоты - 1 % раствор лимонной кислоты. Полученные результаты занесены таблицу 2.
В результате эксперимента мы убедиллись, что не все вещества, из приготовленных нами в домашних условиях, можно использовать как индикаторы. Например, морковный сок нежелательно использовать как индикатор, потому что его изменения незначительны. Соки картофеля и чеснока дают заметные изменения только в кислой среде. В то же время некоторые вещества проявляют ярко выраженные индикаторные свойства. Например, бриллиантовый - зелёный вызывает демонстративные изменения окраски (в кислой среде - травяной зелёный, а в щелочной - бирюзово - синий), что полностью совпало с литературными данными. Из растительных индикаторов наиболее контрастные изменения получены у клюквы: в кислоте - красно-коричневая окраска, в щелочном растворе - сиреневая.
Для дальнейших исследований мы использовали индикаторы, приготовленные из сока репчатого лука, свеклы, фиалки, сиропа калины и черной смородины. Мы сравнили изменение окраски этих индикаторов с литературными данными и получил некоторое расхождение в определении цвета индикаторов из сока лука, черной смородины, калины. Вместо светло - фиолетовой окраски в кислой среде лук давал бесцветный раствор. Черная смородина вместо зеленого в щелочной среде показывала голубую окраску, а калина в той же среде вместо ярко-зеленого давала лимонный цвет. мы предположили, что это может быть связано с различными способами приготовления индикаторных растворов, с порогом чувствительности индикатора, с выбором вещества, используемого для создания определенной среды (таблица 3).
Затем мы исследовали чувствительность индикаторов к изменению среды в растворах с разной концентрацией. Мы взяли соки растений, которые дали наиболее заметные изменения в предыдущих опытах, а также те индикаторы, свойства которых отличались от литературных данных, чтобы испытать их в новых условиях. Так как нам было интересно использование индикаторов в бытовых условия, мы исследовали растворы веществ, встречающихся в доме. Для создания кислой среды мы использовали раствор уксусной кислоты с концентрацией 0,1%, 1%, 2%, 5%, 9%. В качестве щелочных растворов - растворы пищевой соды и строительной извести, концентрация растворов 0,1%, 3%, 1%, 5%, 10%.
Параллельно для сравнения с растительными индикаторами мы использовали индикаторы из школьной лаборатории: фенолфталеин, метилоранж, хромовый темно-синий, метиленовый синий, лакмус красный, метилоранжевая бумага и универсальная индикаторная бумага. Результаты наблюдений представлены в таблицах 4, 5, 6.
Опираясь на показания универсального индикатора мы сделали вывод, что индикаторные свойства зависят не только от самого индикатора, но и от вещества, которое используют в качестве средообразующего. Окраска индикатора проявляется ярче с увеличением концентрации испытуемых растворов. В результате эксперимента мы установили, что метиленовый синий на годится в качестве индикатора для испытуемых растворов, так как не наблюдалось изменение окраски ни в одном из случаев. Соки репчатого лука, свеклы, фиалки, калины, черной смородины, клюквы, которые мы использовали в качестве индикаторов, дают заметное яркое изменение окраски в щелочной среде. В кислой среде наиболее заметные изменения дают клюква и свекла. Как универсальный индикатор можно рекомендовать применение сока черной смородины, клюквы и свеклы, так как эти растворы показывают изменение окраски даже при переходе от слабокислого к слабощелочному раствору.
Исследуя свойства набора индикаторов из школьной лаборатории, мы выяснили, что наиболее ярко проявили индикаторные свойства в выбранных средах универсальная индикаторная бумага, хромовый темно - синий и лакмус красный, которые давали изменения окраски как в слабокислом, так и в слабощелочных растворах различной концентрации.
Растворы всех кислот и щелочей бесцветны, большинство из них не пахнут. Как же тогда можно определить, что в одном сосуде находится кислота, а в другом – щёлочь? Попробуем провести такой опыт. Разольём заваренный чай в два стакана. В один из них положим кусочек лимона, и мы увидим, что чай побледнел. В другой стакан добавим немного питьевой соды. Размешаем соду в стакане с чаем, мы увидим, что чай потемнел. Как объяснить эти результаты с точки зрения химии? Оказывается, чай указывает нам, что в лимоне есть кислота, а сода в соединении с водой образует щёлочь! Такой способностью подсказывать людям, где кислота, а где щёлочь обладают многие красители. Все они имеют специальное название – индикаторы, что означает – указатели.
По мере развития производственной и научной деятельности человека было создано огромное множество разнообразных индикаторов. Общая задача их – контролировать процесс или изменение состояния наблюдаемого объекта в форме, удобной для человеческого восприятия. В химической лаборатории или на заводе индикаторы в наглядной и доступной форме расскажут о том, прошла ли до конца химическая реакция или нет, достаточно добавлено одного реактива к другому или нужно ещё добавить. Чаще всего химики пользуются индикаторами, которые переменой цвета сообщают о величине концентрации водородных ионов в растворах, их называют кислотно-основными. Лакмус и фенолфталеин, сок красной капусты, вишни и черноплодной рябины, а также множество других красителей тонко реагируют на изменение концентрации ионов водорода в растворе. Но существуют индикаторы и других типов: окислительно-восстановительные, комплексонометрические, адсорбционные, хемилюминесцентные. Индикаторы всех этих пяти групп информируют химиков о том, как далеко зашли изменения в реакционной системе. Некоторые из них даже начинают светиться под действием происшедших в растворе изменений. Индикаторы действуют безотказно и отличаются большой чувствительностью.
История возникновения индикаторов.
История открытия лакмуса.
История открытия вещества, о котором пойдёт речь, началась в XVII веке в лаборатории известного английского физика и химика Роберта Бойля (1627-1692). В лаборатории, как обычно, кипела напряжённая работа: горели свечи, в ретортах нагревались разнообразные вещества. В кабинет к Бойлю вошел садовник и поставил в углу корзину с великолепными тёмно-фиолетовыми фиалками. В это время Бойль собирался проводить опыт по получению серной кислоты. Восхищённый красотой и ароматом фиалок, учёный, захватив с собой букетик, направился в лабораторию. Его лаборант Уильям сообщил Бойлю, что вчера доставили две бутылки соляной кислоты из Амстердама. Бойлю захотелось взглянуть на эту кислоту, и, чтобы помочь Уильяму налить кислоту, он положил фиалки на стол. Затем он взял со стола букетик и отправился в кабинет. Здесь Бойль заметил, что фиалки слегка дымятся от попавших на них брызг кислоты. Чтобы промыть цветы, Бойль опустил их в стакан с водой. Через некоторое время он бросил взгляд на стакан с фиалками, и случилось чудо: тёмно-фиолетовые фиалки стали красными. Естественно, Бойль, как истинный учёный, не мог пройти мимо такого случая и начал исследования.
Он обнаружил, что и другие кислоты окрашивают лепестки фиалок в красный цвет. Учёный подумал, что если приготовить из лепестков настой и добавить немного к исследуемому раствору, то можно будет узнать, кислый он или нет. Бойль начал готовить растворы из целебных трав, древесной коры, корней растений. Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из лакмусового лишайника. Кислоты изменили его цвет на красный, а щёлочи – на синий. Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить её. Так была создана первая лакмусовая бумажка, которая теперь имеется в любой химической лаборатории. Клочок такой бумажки, погружённый в испытуемый раствор, изменяет цвет и показывает, кислый это раствор или щелочной. Таким образом, было открыто одно из первых веществ, которые Бойль уже тогда назвал индикаторами. Слово индикатор в переводе с латыни означает «указатель».
Фенолфталеин – кислотно-основный индикатор.
Фенолфталеин – бесцветное кристаллическое органическое вещество сложного строения. Фенолфталеин мало растворим в воде и хорошо растворяется в этиловом спирте. Он может служить кислотно-основным индикатором: его раствор, бесцветный в нейтральной и кислотной средах, в щелочной среде становится малиновым. Раствор фенолфталеина для химических опытов обычно содержит 0,1 г этого индикатора в 125 мл этилового спирта и 25 мл воды. Фенолфталеин – это не только индикатор, но и лекарственное средство (сильное слабительное – пурген) и поэтому продаётся в аптеке. Синтез фенолфталеина впервые осуществил в 1871 году немецкий химик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии.
Кислотно-основные индикаторы.
Каждому школьнику хорошо знаком лакмус – с его помощью определяют кислотность среды. Это вещество является кислотно-основным индикатором, то есть обладает способностью обратимо изменять окраску в зависимости от кислотности раствора: в кислой среде лакмус становится красным, а в щелочной – синим. В нейтральной среде лакмус фиолетовый – это сочетание равных количеств синего и красного. Хотя лакмус уже в течение нескольких столетий верно служит людям, его состав так до конца и не изучен. В этом нет ничего удивительного: ведь лакмус – это сложная смесь природных соединений. Он был известен уже в Древнем Египте и в Древнем Риме, где его использовали в качестве фиолетовой краски – заменителя дорогостоящего пурпура. Лишь в начале XIV века во Флоренции вновь была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу, причём способ её приготовления в течение многих лет держали в секрете. Готовили лакмус из специальных видов лишайников. Измельчённые лишайники увлажняли, а затем добавляли в эту смесь золу и соду. Приготовленную таким образом густую массу помещали в деревянные бочки, добавляли мочу и выдерживали длительное время. Постепенно раствор приобретал тёмно-синий цвет. Его упаривали и в таком виде применяли для окрашивания тканей.
Похожее на орсейль красящее вещество было выделено в XVII веке из гелиотропа – душистого садового растения с тёмно-лиловыми цветками. Знаменитый физик и химик Роберт Бойль писал о гелиотропе: «Плоды этого растения дают сок, который при нанесении на бумагу или материю имеет сначала ярко-зелёный цвет, но неожиданно изменяет его на пурпурный. Если материал замочить в воде и отжать, вода окрашивается в винный цвет; такие виды красителя есть у аптекарей, в бакалейных лавках и других местах, которые служат для окраски желе, или других веществ, кто как хочет». С того времени орсейль и гелиотроп стали использовать в химических лабораториях. И лишь в 1704 году немецкий учёный М. Валентин назвал эту краску лакмусом. В некоторых странах краску, сходную с лакмусом, добывали и из других растений. Простейшим примером служит свекольный сок, который также изменяет цвет в зависимости от кислотности среды.
В XIX веке на смену лакмусу пришли более прочные и дешёвые синтетические красители, поэтому использование лакмуса ограничилось лишь грубым определением кислотности среды. Для этой цели служат полоски фильтровальной бумаги, пропитанные раствором лакмуса. На смену лакмусу в аналитической химии пришёл лакмоид – краситель резорциновый синий, который отличается от природного лакмуса по строению, но сходен с ним по окраске: в кислой среде он красный, а в щелочной – синий.
В наши дни известны несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных начиная с середины XIX века. С некоторыми из них можно познакомиться в школьной химической лаборатории. Индикатор метиловый оранжевый (метилоранж) в кислой среде красный, в нейтральной – оранжевый, а в щелочной – жёлтый. Более яркая цветовая гамма свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной – жёлтый, а в щелочной – синий. Индикатор фенолфталеин (он продаётся в аптеке под названием «пурген») в кислой и нейтральной средах бесцветный, а в щелочной имеет малиновую окраску. Поэтому фенолфталеин используют лишь для определения щелочной среды. В зависимости от кислотности среды изменяет свою окраску и краситель бриллиантовый зелёный (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – «зелёнка»). Для того чтобы проверить это, надо приготовить разбавленный раствор бриллиантового зелёного: налить в пробирку несколько миллилитров воды и добавить в неё одну-две капли аптечного препарата. Раствор приобретает красивый зелёно-голубой цвет. В сильнокислой среде его окраска сменится жёлтой, а в сильнощелочной раствор обесцветится.
Однако наиболее часто в лабораторной практике используется универсальный индикатор – смесь нескольких кислотно-основных индикаторов. Он позволяет легко определять не только характер среды (кислая, нейтральная, щелочная), но и значение кислотности раствора.
Таблица №1.
Шкала цветовых переходов кислотно-основных индикаторов.
название индикатора нейтральная среда кислотная среда щелочная среда лакмус фиолетовый красный синий тимоловый синий жёлтый малиново-красный синий метиловый оранжевый оранжевый красно-розовый жёлтый фенолфталеин бесцветный бесцветный малиновый универсальный жёлтый оттенки красного оттенки синего
Экспериментальная часть.
Правила техники безопасности в домашней лаборатории.
Представить себе химию без химических опытов невозможно. Поэтому изучить эту науку, понять её законы и, конечно, полюбить её можно только через эксперимент. Сложилось мнение, что химический эксперимент – это сложное оборудование и недоступные реактивы, ядовитые соединения и страшные взрывы и для занятий химией необходимы особые условия. Тем не менее, более 300 химических опытов с самыми различными веществами можно выполнить в домашних условиях. В связи с тем, что в домашней лаборатории нет вытяжного шкафа и других специальных устройств, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности:
2. Нельзя накапливать и хранить дома большие количества реактивов.
3. Химические реактивы и вещества должны иметь этикетки с названиями, концентрацией и сроком изготовления.
4. Химические вещества нельзя пробовать на вкус.
5. Для определения запаха нельзя сосуд с веществом близко подносить к лицу. Нужно ладонью руки сделать несколько плавных взмахов от отверстия сосуда к носу.
6. Если пролилась кислота или щелочь, то вещество предварительно нейтрализуют или засыпают песком и удаляют тряпкой или собирают в совок.
7. Перед проведением эксперимента, каким бы простым он ни казался, нужно внимательно прочесть описание опыта и понять свойства применяемых веществ. Для этого есть учебники, справочники и другая литература.
Приготовление индикаторов из растительного сырья.
Во многих плодах и цветах содержатся красители, которые изменяют свой цвет в зависимости от кислотности среды. Удивительное многообразие цветов в природе создаётся простыми средствами, находящимися в «химическом отделе» фабрики растительного мира, - двумя видами пигментов. Первый вид – ксантины (каротин, ксантофилл, флавоны), окрашивают лепестки цветов в жёлтый, оранжевый цвета; второй – антоцианы, придающие лепесткам красный, голубой и фиолетовый цвета.
Стоит отметить, что пигменты растений могут быть химическими индикаторами. В качестве индикаторов можно использовать также свекольный, капустный, вишнёвый и виноградный соки, а также заварку. Растворы индикаторов надо готовить прямо перед опытом, потому что они быстро портятся.
Получение индикатора из краснокочанной капусты.
Оборудование:
Краснокочанная капуста, спирт, вода, ступка с пестиком, раствор соляной кислоты, раствор гидрокарбоната натрия, штатив с пробирками, марлевый фильтр.
Измельчаем лист краснокочанной капусты и растираем его в ступке с небольшим объёмом спирто-водной смеси (1:1). Вытяжка приобретает фиолетовый цвет, поскольку из капустной ткани экстрагируется рубробрассицин. Это и есть кислотно-щелочной индикатор растительной природы. Приготовим 4 пробирки: первая – с раствором соляной кислоты, капустный индикатор в этой пробирке ярко-красный цвет; вторая – просто с водой – цвет фиолетовый; третья – со слабым раствором гидрокарбоната натрия – цвет синий; четвёртая – с раствором щёлочи, приобретает зелёный цвет.
Получение индикатора из сока сахарной свёклы.
Оборудование:
Сахарная свёкла, нож, тёрка, кастрюля, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, штатив с пробирками, раствор соляной кислоты, раствор гидроксида натрия.
Методика проведения эксперимента:
Очистим свёклу от кожуры, отрежем кусочек весом 5-10 грамм. Данный кусочек прокипятим в 100 мл воды в течение 5-10 минут. Протрём кусок свёклы на терке, измельчим в ступке и отфильтруем полученный настой. Фильтрат приобретает бордовый цвет. Приготовим 2 пробирки с растворами кислоты и щёлочи, добавим к содержимому пробирок по несколько капель полученного индикатора. В растворе кислоты свекольный индикатор приобретает малиновую окраску, а в растворе щёлочи становится жёлто-коричневым.
Получение индикатора из клюквы.
Оборудование:
Клюква, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, мел, спирт, вода, штатив с пробирками, растворы соляной кислоты и гидроксида натрия.
Методика проведения эксперимента:
Ягоды клюквы разотрём в ступке с небольшим количеством чистого речного песка и добавим несколько миллилитров спирта. Необходимым условием является экстракция пигмента (краски) данным растворителем. После этого экстракт нейтрализуем мелом, так как сок клюквы содержит природные кислоты. Профильтруем полученную смесь через марлевый фильтр. Вытяжка приобретает красный цвет. Приготовим пробирки с растворами кислоты и щёлочи и добавим в каждую по несколько капель клюквенного индикатора. В растворе с кислотой индикатор приобретает алую окраску, а в растворе со щёлочью – синюю.
Получение индикатора из чёрного винограда.
Оборудование:
Чёрный виноград, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, мел, спирт, вода, штатив с пробирками, раствор уксусной кислоты, раствор питьевой соды.
Методика проведения эксперимента:
С ягод чёрного винограда осторожно снимаем кожицу и измельчаем её в ступке с пестиком, добавляем несколько миллилитров спирта. Необходимым условием является экстракция пигмента (краски) данным растворителем. После этого экстракт нейтрализуем мелом, так как сок винограда содержит природные кислоты. Профильтруем полученную смесь через марлевый фильтр. Вытяжка приобретает бордово-красный цвет. Приготовим пробирки с растворами уксусной кислоты и питьевой соды и добавим в каждую по несколько капель виноградного индикатора. В растворе с кислотой индикатор приобретает красную окраску, а в растворе со щёлочью – жёлто-зелёную.
Получение индикатора из цветков домашней фиалки.
Оборудование:
Домашняя фиалка, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, спирт, вода, штатив с пробирками, раствор соляной кислоты, раствор гидроксила натрия.
Методика проведения эксперимента:
Сорвём несколько цветков с комнатного растения – фиалка. Измельчим цветки в ступке с небольшим количеством чистого речного песка и добавим несколько миллилитров спирто-водной смеси (1:1). Полученную смесь отфильтруем в стакан. Вытяжка приобретает сиреневый цвет. Приготовим пробирки с растворами соляной кислоты и гидроксида натрия, добавим в каждую пробирку по несколько капель фиалкового индикатора. В растворе с кислотой индикатор приобретает розовый цвет, а в растворе со щёлочью – зелёный.
Для проведения опытов целесообразно приготовить индикаторные бумажки. Полученными вытяжками из соков овощей, ягод и цветков пропитаем полоски фильтровальной (промокательной) бумаги, которые затем высушим в тени и сохраним в тёмных плотно закрытых склянках, на которых приклеим этикетки с названиями растений. Эти индикаторные бумажки можно использовать в школе при проведении лабораторных опытов. Результаты экспериментов оформляем в виде таблицы.
Получение индикатора фенолфталеина.
Оборудование:
Лекарственное вещество – пурген, спирт, вода, стакан, ступка с пестиком, штатив с пробирками, раствор соляной кислоты, раствор гидроксида натрия.
Методика проведения эксперимента:
Разотрём в ступке одну таблетку лекарственного вещества – пургена, размешаем с несколькими каплями спирта и разведём водой до 20-30 мл. Приготовим пробирки с растворами соляной кислоты и гидроксида натрия, добавим в каждую пробирку по несколько капель полученного индикатора. В растворе с кислотой индикатор остаётся бесцветным, а в растворе со щёлочью приобретает малиновую окраску.
Реакция нейтрализации.
Оборудование:
Пробирка, гидроксид натрия, соляная кислота, фенолфталеин.
Методика проведения эксперимента:
В пробирку прильём 1 мл раствора гидроксида натрия и добавим несколько капель фенолфталеина, раствор приобретает малиновую окраску. К полученному раствору будем по каплям приливать соляную кислоту. При добавлении кислоты окраска раствора исчезает, так как среда становится нейтральной, то есть протекает реакция нейтрализации.
Лакмус для цветов.
Оборудование:
Семь бумажных цветов из фильтровальной бумаги, раствор лакмуса, семь стаканчиков, уксусная кислота, лимонная кислота, питьевая сода, стиральный порошок, кальцинированная сода, нашатырный спирт, шампунь, вода.
Методика проведения эксперимента:
Среди веществ, которые можно найти дома на кухне, в аптечке или ванной комнате, есть кислоты и основания. Чтобы определить, какая среда в растворе (кислотная или щелочная) будем использовать индикатор – раствор лакмуса. Лакмус синеет в щелочной среде и становится красным в кислотной.
Сделаем из фильтровальной бумаги семь бумажных цветов (роз) и опустим их поочерёдно в раствор лакмуса. В нейтральной среде этот раствор фиолетовый.
Приготовим в стаканчиках водные растворы «домашних» реактивов: уксусной кислоты, лимонной кислоты, питьевой соды, нашатырного спирта, кальцинированной соды, стирального порошка, шампуня. В каждый из приготовленных растворов по очереди опускаем «лакмусовую» бумажную розу и обращаем внимание, как изменится её цвет. Таким образом, мы определяем, какие из домашних химических веществ кислоты, а какие- щёлочи. Результаты эксперимента оформляем в виде таблицы.
Занимательный эксперимент.
Оборудование:
Фильтровальная бумага, проволока, банка с крышкой, медный купорос, фенолфталеин, нашатырный спирт.
Методика проведения эксперимента:
Из фильтровальной бумаги и проволоки готовим два цветочка: розу и василёк. Бумажную розу необходимо пропитать раствором медного купороса, а бумажный василёк – спиртовым раствором фенолфталеина. Красиво разместим влажные цветы в банке, вольём в неё 10 мл нашатырного спирта и закупорим горловину крышкой. Через несколько минут роза станет ярко-синей (васильковой), так как медный купорос образует с аммиаком комплекс интенсивно-синего цвета. А василёк станет розово-малиновым, так как индикатор фенолфталеин в щелочной среде окрашивается в малиновый цвет.
Секретные чернила.
Оборудование:
Белый лист бумаги, раствор фенолфталеина, ручка с пером.
Методика проведения эксперимента:
На белом листе бумаги обычным пером пишут какой-нибудь текст, но вместо чернил берут спиртовой раствор фенолфталеина. Спирт быстро испаряется с бумаги, а фенолфталеин остаётся невидимым. По внешнему виду бумага кажется совершенно чистой. Для того чтобы прочитать текст необходимо приготовить раствор, имеющий щелочную среду (раствор гидроксида натрия, питьевой или кальцинированной соды или использовать нашатырный спирт)
Выводы по работе.
В ходе выполнения учебно-исследовательской работы, мы выяснили, что такое индикаторы, познакомились с их классификацией, историей открытия и способами получения. Экспериментальную часть работы мы выполняли дома и в школьной лаборатории. В ходе выполнения экспериментов, мы освоили методику получения природных индикаторов из растительного сырья, а также составили экспериментальную шкалу цветовых переходов природных индикаторов в различных средах. Мы считаем, что полученные нами индикаторы имеют преимущества перед синтетическими, потому что они дешёвые и доступные; но у них есть и существенные недостатки. Основной недостаток природных индикаторов – их сезонность и невозможность заготовить впрок: растворы довольно быстро скисают или плесневеют, теряют свои свойства. Другой, но не такой существенный недостаток – слишком медленное, постепенное изменение цвета при добавлении кислоты к щелочному раствору или наоборот. К тому же трудно бывает отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, резко меняющие свой цвет уже при небольшом изменении кислотности.
А также мы поняли, что химия – это замечательная наука! Она помогает нам дома и в школе, даёт пищу и одежду, снабжает необычными веществами и материалами и удивляет химическими чудесами. Химия позволит нам проникнуть в тайны природы, прикоснуться к прекрасному и познать многие вещества, окружающие нас. Как много ещё интересных открытий предстоит нам совершить, изучая химию.
Таблица №2.
Шкала цветовых переходов природных индикаторов в различных средах.
Природный индикатор кислая среда нейтральная среда щелочная среда краснокочанная капуста красный фиолетовый зелёный сахарная свёкла малиновый бордовый жёлто-коричневый клюква алый красный синий чёрный виноград красный бордово-красный зелёный домашняя фиалка розовый сиреневый жёлто-зелёный
Таблица №3.
Изменение окраски «лакмусовой» бумажной розы в водных растворах «домашних» реактивов.
Реактив роза до опыта роза после опыта уксусная кислота фиолетовая розовая лимонная кислота фиолетовая розовая питьевая сода фиолетовая синяя нашатырный спирт фиолетовая синяя кальцинированная сода фиолетовая синяя стиральный порошок фиолетовая синяя шампунь фиолетовая синяя
Карачаево – Черкесская республика
МКОУ «СОШ а. Малый Зеленчук имени Героя Советского Союза
Умара Хабекова »
Хабезского муниципального района
Исследовательская работа
по химии на тему:
«Индикаторы у нас дома».
Работу выполнила:
Калмыкова Сатаней
ученица 8 класса
Руководитель:
учитель химии высшей квалификационной категории
Охтова Елена Рамазановна
2015 г.
Содержание
Введение……………………………………………………………………..……3
Теоретическая часть.
1 .1.Природные красители ……………………………………..............................4
1 .2.Понятие об индикаторах……………………………………………………..6
1.3. Классификация школьных индикаторов и способы их использования..7
1.4. Водородный показатель……………………………………………………..8
Практическая часть.
2.1.Получение природных индикаторов……………………………………...…9
2.2.Исследование среды растворов растительными индикаторами………….10
Химические опыты с продуктами питания………………………….10
Химические опыты с моющими средствами……………………...…11
Выводы…………………………………………………………………………...13
Заключение……………………………………………………………………….13
Список литературы……………………………………………………………....14
Введение
В природе мы встречаемся с различными веществами, которые нас окружают. В этом году мы начали знакомиться с интересным предметом - химия. Сколько же в мире веществ? Какие они? Зачем они нам нужны и какую пользу приносят? Нас заинтересовали такие вещества, как индикаторы.
На уроках химии нам учитель рассказала про индикаторы: такие индикаторы как лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый.
Индикаторы (от английского indicate-указывать) - это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. С помощью индикаторов можно определить среду раствора.
Мы решили выяснить: можно ли в качестве индикаторов использовать те природные материалы, которые есть дома.
Актуальность и новизна темы в том, что «в результате неконтролируемого обществом научно- технического прогресса на планете, вообще, и в России, в частности, из года в год ухудшается экологическая обстановка, как в городах, так и в сельской местности. В продаже появляются пищевые добавки - красители, тысячи лекарственных препаратов, сделанных из новых полимеров, качественно отличающихся от природных. Широкое распространение получила пищевая индустрия на основе технологии глубокой химической переработки натуральных продуктов, а также производство генетически изменённых злаков, овощей и фруктов. В результате этого мы уже сейчас живём в значительной степени искусственной, «токсической» экосистеме (атмосфере, гидросфере, литосфере, биосфере). Эта экосистема значительно отличается в худшую сторону от той, в которой жили наши предки».
Цель работы:
Изучить понятие об индикаторах;
Ознакомиться с их открытием и выполняемыми функциями;
Научиться выделять индикаторы из природных объектов;
Исследовать действие природных индикаторов в различных средах;
Методы исследования :
Изучение научно-популярной литературы;
Получение растворов индикаторов и работа с ними.
Гипотеза: Могут ли растения или овощи данной местности служить биоиндикаторами кислотности как экологически безопасные для здоровья человека.
Задачи:
приготовить растворы индикаторов, которые бы указывали на присутствие кислоты или основания;
Проверить кислотность среды мыла, чая и продуктов питания.
Предмет исследования: виноградный сок, свёкла, чай, моющие средства и продукты питания.
I . Теоретическая часть.
1.1. Природные красители.
Первые краски люди получали из цветов, листьев, стеблей и корней растений. С давних пор русские крестьяне пользовались растительными красителями, они окрашивали шерсть и льняные ткани в различные цвета. Для получения краски размельчённые части растений обычно кипятили в воде и полученный раствор выпаривали до густого или твёрдого осадка. Затем ткани кипятили в растворе красителя, добавляя для прочности окраски соду и уксус.
Главной составной частью краски является краситель. Краситель - это красящее химическое соединение, придающее материалу определённый цвет.
Использование природных красителей было известно ещё за 3000 лет до нашей эры. В прежние времена органические красители добывались исключительно из организмов животных и растений. Например, из листьев тропического растения индигоферы, растущих в Индии, выделяли фиолетово-синий краситель- индиго . Из листьев рода лавсония (хенна) семейства дербенниковых и поныне выделяют хну- краску красно- оранжевого цвета, хну зелёную получают из высушенных и протертых листьев калины, которые широко используется для укрепления и окраски волос. Для окрашивания шёлка, бумаги, древесины и пищевых продуктов китайцы с древних времён используют краситель куркумин, содержащийся в корневищах и стеблях растений рода куркума (карри). В России издавна для крашения тканей, яиц на пасху использовали шелуху лука, листвяную кору, берёзовые веники, сон-траву (подснежник); цветки ноготков, ягоды можжевельника и другие красители, выделяемые из растений, произрастающих в наших климатических условиях.
Цвет красок преимущественно обусловливают входящие в их состав пигменты (от лат. «pigmentum»- краски). Пигменты бывают разные: природные и синтетические, органической и неорганической природы, хроматические (от греч. «croma»-«цвет») и ахроматические. Ахроматические пигменты определяют белую и чёрную окраски, а также всю лежащую между ними серую цветовую гамму.
Пигменты , в биологии - окрашенные вещества тканей организмов, участвующие в их жизнедеятельности. Обусловливают окраску организмов; у растений участвуют в фотосинтезе (хлорофиллы, каротиноиды), у животных - в тканевом дыхании (гемоглобины), в зрительных процессах (зрительный пурпур), защищают организм от вредного действия ультрафиолетовых лучей (у растений - каротиноиды, флавоноиды, у животных - главным образом меланины). Некоторые пигменты применяют в пищевой промышленности и медицине.
Пигменты (от лат. pigmentum - краска), в химии - окрашенные химические соединения, применяемые в виде тонких порошков для крашения пластмасс, резины, химических волокон, изготовления красок. Подразделяются на органические и неорганические. Из органических наиболее важны азопигменты, пигменты фталоцианиновые и полициклические. К пигментам относят также органические лаки.
Неорганические пигменты делятся на природные и искусственные (сажа, ультрамарин, белила и др.). Краски минеральные (природные), природные пигменты (охры, желтый сурик, киноварь, мумие, мел, ляпис-лазурь и др.), используемые для окраски материалов.
Растительные краски не хранятся долго, как анилиновые, поэтому их не применяют в промышленности. Красители используют не только для окраски тканей, но и для приготовления напитков, кремов, карамели. Многие овощи обязаны своей окраской пигментам - каротиноидам. Многочисленные представители семейства каротинов отличаются друг от друга составом и строением молекул, что влияет на оттенки их окраски, но у всех у них есть одно общее свойство - растворимость в жирах.
С развитием химии природные красители стали вытесняться синтетическими. В наши дни насчитывается более 15000 красителей самых различных оттенков принадлежащих к разным классам соединений.
1.2. Понятие об индикаторах.
Индикаторы – значит «указатели». Это вещества, которые меняют цвет в зависимости от того, попали они в кислую, щелочную или нейтральную среду. Больше всего распространены индикаторы - лакмус, фенолфталеин метилоранж.
Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус. Лакмус – водный настой лакмусового лишайника, растущего на скалах в Шотландии.
Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский физик и химик Роберт Бойль. Бойль проводил различные опыты. Однажды, когда он проводил очередное исследование, зашел садовник. Он принес фиалки. Бойль любил цветы, но ему необходимо было проводить эксперимент. Бойль оставил цветы на столе. Когда ученый закончил свой опыт он случайно посмотрел на цветы, они дымились. Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. И – что за чудеса- фиалки, их темно- фиолетовые лепестки, стали красными. Бойль заинтересовался и проводил опыты с растворами, при этом каждый раз добавлял фиалки и наблюдал, что происходит с цветками. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обыкновенные бумажные полоски. Дождался, когда они пропитаются настоем, а затем высушил их. Эти хитрые бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора. Именно индикаторы помогли ученому открыть новую кислоту - фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде.
Если нет настоящих химических индикаторов, для определения кислотности среды можно успешно применять… домашние, полевые и садовые цветы и даже сок многих ягод – вишни, черноплодной рябины, смородины. Розовые, малиновые или красные цветы герани, лепестки пиона или цветного горошка станут голубыми, если опустить их в щелочной раствор. Так же посинеет в щелочной среде сок вишни и смородины. Наоборот, в кислоте те же «реактивы» примут розово – красный цвет.
Растительные кислотно-основные индикаторы здесь – красящие вещества - антоцианы. Именно антоцианы придают разнообразные оттенки розового, красного, голубого и лилового многим цветам и плодам.
Красящее вещество свеклы бетаин или бетанидин в ще лочной среде обесцвечивается, а в кислой - краснеет. Вот почему такой аппетитный цвет у борща с квашеной капустой.
1.3. Классификация школьных индикаторов и способы их использования.
Индикаторы имеют различную классификацию . Одни из самых распространенных – кислотно-основные индикаторы, которые изменяют цвет в зависимости от кислотности раствора. В наше время известны несколько сот искусственно синтезированных кислотно-основных индикаторов, с некоторыми из них можно познакомиться в школьной химической лаборатории.
Фенолфталеин (продается в аптеке под названием "пурген") - белый или белый со слегка желтоватым оттенком мелкокристаллический порошок. Растворим в 95 % спирте, практически не растворим в воде. Бесцветный фенолфталеин в кислой и нейтральной среде бесцветен, а в щелочной среде окрасится в малиновый цвет. Поэтому фенолфталеин используется для определения щелочной среды.
Метиловый оранжевый - кристаллический порошок оранжевого цвета. Умеренно растворим в воде, легко растворим в горячей воде, практически нерастворим в органических растворителях. Переход окраски раствора от красной к желтой.
Лакмоид (лакмус) - порошок черного цвета. Растворим в воде, 95 % спирте, ацетоне, ледяной уксусной кислоте. Переход окраски раствора от красной к синей.
Индикаторы обычно используют, добавляя несколько капель водного или спиртового раствора, либо немного порошка к исследуемому раствору.
Другой способ применения - использование полосок бумаги, пропитанных раствором индикатора или смеси индикаторов и высушенных при комнатной температуре. Такие полоски выпускают в самых разнообразных вариантах - с нанесенной на них цветной шкалой - эталоном цвета или без него.
1.4. Водородный показатель.
Индикатор бумажный универсальный имеет шкалу для определения среды (рН).
Водородный показатель, pH – величина, характеризующая концентрацию ионов водорода в растворах. Это понятие было введено в датским химиком . Показатель называется pH, по первым буквам латинских слов potentia hydrogeni - сила водорода, или pondus hydrogenii - вес водорода. Водные растворы могут иметь величину pH в интервале 0-14. В чистой воде и нейтральных растворах pH =7, в кислых растворах pH <7 и в щелочных pH >7. Величины pH измеряют при помощи кислотно-щелочных индикаторов.
Таблица №1
Цвет индикатора в различных средах.
Название индикатора
Цвет индикатора в различных средах
в кислой
в нейтральной
в щелочной
Метиловый оранжевый
Красный
(рН < 3,1)
Оранжевый
(3,1 < pH < 4,4)
Желтый
(рН > 4,4)
Фенолфталеин
Бесцветный
( pH < 8,0)
Бесцветный
(8,0 < pH < 9,8)
Малиновый
( pH > 9,8)
Лакмус
Красный
( pH < 5)
Фиолетовый
(5 < pH < 8 )
Синий
( pH > 8 )
Водородный показатель - важнейшая характеристика биологических жидкостей; крови, лимфы, слюны, желудочного, кишечного и клеточного сока. Поэтому его часто определяют при клинических анализах, оценивая здоровье человека.
Обозначение pH широко применяется в химии, биологии, медицине агрономии, экологии и в других сферах жизни. Не случайно о нем так много говорится в средствах массовой информации, и даже далекие от химии люди живо интересуются этим понятием. В телевизионных экранах показывают, как изменяется pH во рту человека после чистки зубов такой-то пастой или после жевания такой-то резинки… Абсолютно нейтральной среде соответствует значение pH , равное точно7.Чем раствор более кислый, тем меньше pH , а в присутствии щелочи pH становится больше 7.
II . Практическая часть.
2.1. Получение природных индикаторов.
Для получения природных индикаторов мы поступили следующим образом. Исследуемый материал натёрли на тёрке, затем прокипятили, так как это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Растворы налили в прозрачную посуду. Чтобы узнать, какой отвар служит индикатором на ту или иную среду и как изменяется его цвет, надо было провести испытание. Взяли пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляли их поочередно в кислый или щелочной раствор. Кислым раствором служил столовый уксус, а щелочным - раствор пищевой соды. Если, к примеру, добавить к ним ярко-красный отвар из свёклы, то под воздействием уксуса он станет красным, соды - красно-фиолетовым, а в воде – бледно-розовым, т.к. в воде среда нейтральная.
Результаты всех этих опытов тщательно записывали в таблицу №2; ее образец мы здесь приводим.
Таблица № 2
Индикатор
Цвет раствора
исходный
в кислой среде
в щелочной среде
Виноградный сок
Темно-красный
Красный
Зеленый
Свекла красная
Красный
Ярко-красный
Красно - фиолетовый
Лук фиолетовый
Светло-лиловый
Розовый
Светло-зелёный
Красно - кочанная капуста
Фиолетовый
Красный
Светло-зелёный
Виноградный сок
Красный
Красный
Светло - зелёный
Также обычный чай можно использовать в домашних условиях как индикатор. Мы заметили, что чай с лимоном гораздо светлее, чем без лимона. В кислой среде он обесцвечивается, а в щелочной становится более темным.
чай нейтральная среда чай в кислой и щелочной среде
2.2. Исследование среды растворов растительными индикаторами.
Для начала необходимо было повторить правила техники безопасности при работе с химическими реактивами и оборудованием.
2.2.1. Химические опыты с продуктами питания.
Мы решили с помощью природного индикатора – отвара свёклы – проверить кислотность среды молока 2,5% и сметаны 20%. В молоко добавили несколько капель отвара свёклы. Раствор стал бледно-розовый. Значит в молоке среда ближе к нейтральной. Тот же опыт повторили со сметаной. Цвет сметаны после добавления природного индикатора был насыщенно розовым. Это ближе к слабо - кислой среде. Вывод такой: в молоке нейтральная среда, а в сметане - кислая среда. Виноградный сок дал интересные результаты. В щелочной среде сок стал синим, в кислой – красным, в нейтральной – розовым. Далее мы добавили виноградный сок в молоко и сметану. В молоке он стал светло-зелёным, а в сметане – бледно-розовым. Значит в сметане слабо-кислая среда.
Таблица № 3
Исследуемый продукт
Цвет свёклы
Среда
Молоко 2,5 %
Бледно-розовый
Нейтральная
Сметана 20 %
Розовый
Слабо-кислая
2.2.2. Химические опыты с моющими средствами.
Далее мы решили проверить среду в мыле и стиральном порошке. Для этого исследовали порошок «Тайд», мыло « DOVE » и хозяйственное мыло. Сначала приготовили растворы этих моющих средств. В каждый раствор добавили индикатор – отвар свёклы. В хозяйственном мыле индикатор стал фиолетовым, а в мыле « DOVE » – розовым. Значит в хозяйственном мыле сильно - щелочная среда, а мыло « DOVE » имеет нейтральную среду. Очень большое содержание щелочи в мыле наносит большой вред коже рук. В «хозяйственном мыле» большое содержание щелочи, в то время как в мыле « DOVE » самое низкое содержание щелочи (нейтральная среда). Из этого можно сделать вывод: в мыле « DOVE » самое низкое содержание щелочи, следовательно, оно является более безопасным для кожи рук. В раствор порошка «Тайд» добавили наш индикатор. Раствор стал фиолетовым, а через несколько минут – обесцветился. Значит в растворе порошка сильно - щелочная среда. Таким способом можно проверить кислотность любого моющего средства.
Таблица № 4
Изменение цвета индикатора в моющих средствах
Исследуемый раствор
Цвет
Среда
Порошок «Тайд»
фиолетовый
щелочная
Мыло хозяйственное
фиолетовый
щелочная
Мыло « DOVE »
розовый
нейтральная
Любая работа должна выливаться в практическую ценность. В процессе опытов как-то само - собой пришло предложение покрасить яйца нашими натуральными красителями. Протертое свекольным соком яйцо окрашивается в бордовый цвет. Шелуха лука - коричневый цвет. Приготовленные индикаторы долго хранить нельзя, они разрушаются в воде. Продлить их действие можно, пропитав экстрактом фильтровальную бумажку, а затем высушив её. Хранить такие бумажки следует в закрытой упаковке.
Выводы.
Изучая индикаторы мы пришли к таким выводам:
Кислотно-основные индикаторы необходимы в химическом анализе, для определения среды растворов.
Существуют природные растения, которые проявляют свойства кислотно-основных индикаторов.
В качестве природных индикаторов можно использовать ярко окрашенные плоды свёклы, чая и виноградный сок.
Растворы природных индикаторов можно приготовить и использовать в домашних условиях.
Природные индикаторы также являются вполне «точными» определителями кислотности жидкостей, как и наиболее «профессиональные» индикаторы: лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый.
Красящие вещества растений в кислой среде дают оттенки красных тонов, в щелочной среде – фиолетовый, а в нейтральной – розовый.
Заключение.
В заключении хочу сказать, что я научилась выявлять среду растворов, показывающее действие растворов мыл на кожу рук, синтетических моющих средств на ткани при стирке белья.
Результатом этой работы (исследовательской) стало развитие моего творческого мышления и практической деятельности, формирование интереса к познанию химических явлений и их закономерностей.
В конце хочу выразить свое отношение к химии словами М. Горького: «Прежде всего и внимательнее всего изучайте химию. Это изумительная наука, знаете…Ее зоркий, смелый взгляд проникает в огненную массу солнца и во тьму земной коры, в невидимые частицы вашего сердца, и в тайны строения камня, и в безмолвную жизнь дерева. Она смотрит всюду и, везде открывая гармонию, упорно ищет начало жизни…»
Список литературы
1. Алексеева А. А.. Лекарственные растения. / А. А. Алексеева Улан-Удэ: Бурят. кн. изд-во, 1974.- 178 с.
2 .Аликберова Л. Ю. Занимательная химия / Л. Ю. Аликберова М.: АСТ-ПРЕСС, 1999. - 560 с
3 . Дженис В. К. 200 экспериментов / В.К. Дженис М.: АСТ-ПРЕСС, 1995. - 252 с
4 . Кузнецова Н. Е. Химия. Учебник для 10 класса / Н.Е.Кузнецова М: Вентана-Граф, 2005.- 156 с.
5. Николаев Н. Г. Краеведение / Н.Г. Николаев, Е.В. Ишкова М.: Учпедгиз, 1961.- 164с.
6 . Новиков В. С. Школьный атлас - определитель высших растений / В.С. Новиков, И.А. Губанов М: Просвещение, 1991. – 353 с.
7. Савина Л. А. Я познаю мир. Детская энциклопедия Химия / Л.Я. Савина М: АСТ, 1997.- 356с.
8. Синадский Ю. В. Целебные травы / Ю.В. Синадский, В.А. Синадская М: Педагогика, М. 1991.- 287с.
9 . Сомин Л. Е. Увлекательная химия / Л.Е. Сомин М.: Педагогика, 1978.- 383 с.
