Исследовательская работа "Индикаторы"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Бекасовская средняя общеобразовательная школа

Секция : Естественные науки

Исследовательская работа

Индикаторы в жизни человека

Работу выполнила: учащаяся 8 класс Устимчук Ульяна

Руководитель: учитель биологии, химии Никитенко Н.А.

Город Наро-Фоминск 2019г.

Аннотация

Тема, выбранная Ульяной интересная и актуальная. Она расширяет знания об индикаторах.

Цель данной работы изучить историю открытия индикаторов. Раасмотреть индикаторы, используемые в лаборатории и природные индикаторы. Научиться выделять природные индикаторы из различных растений. Провести исследование по распознаванию характера среды различных препаратов бытовой химии.

Основные методы использованные при выполнении данной работы: сбор информации из различных источников, эксперимент.

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

Содержание

1. Введение 2-3

2. Как были открыты индикаторы 3-4

3. Классификация индикаторов 4-5

4. Индикаторы в природе 5-8

5. Исследовательская часть: Определение характера среды с помощью природных индикаторов 8-10

6. Заключение 10-11

Введение

В это учебном году я познакомилась и интересным предметом - химия. Этот предмет изучает вещества их свойства и превращения веществ, как человек научился использовать их в своей жизни. При изучении темы «Соединения химических элементов» я познакомилась с интересными веществами, которые определяют характер среды раствора, кислой, щелочной, нейтральной, изменяя свой цвет. Их называют индикаторами. Это лакмус, фенолфталеин, метилоранж Я захотела ознакомиться с историей открытия индикаторов, их значением, узнать можно ли использовать в качестве индикаторов природные соединения, которые есть дома.

Цель работы: Изучить индикаторы и их значение в жизни человека.

Задачи:

1. Познакомиться с историей открытия индикаторов.

2. Изучить индикаторы, используемые в лаборатории.

3. Научиться выделять природные индикаторы из различных растений и изучить их свойства

4. Провести исследование по распознаванию среды препаратов бытовой химии с помощью природных индикаторов.

5.Проанализировать и обработать результаты эксперимента.

6.Сделать выводы по проделанной работе.

Гипотеза : В качестве индикаторов можно использовать природные соединения. выделенные из различных растительных объектов.

Методы: Сбор информации из разных источников, эксперимент.

Актуальность работы: Полученные результаты дают возможность в домашних условиях приготовить доступные индикаторы и с их использованием определить среду растворов моющих средств.

2.История открытия индикаторов

Индикаторы (от лат.Indicator –указатель) – вещества, позволяющие следить за составом Самый используемый в химии растительный кислотно-основной индикатор – лакмус. Он был известен уже в Древнем Египте и в Древнем Риме, где его использовали в качестве фиолетовой краски-заменителя дорогостоящего пурпура. Использование пигментов для определения среды раствора впервые научно применено Робертом Бойлем (1627 – 1691). 1663 год, в лаборатории, как обычно, кипела напряженная работа: горели свечи, в ретортах нагревались разнообразные вещества. В кабинет к Бойлю вошел садовник и поставил в углу корзину с великолепными темно–фиолетовыми фиалками. В это время Бойль собирался проводить опыт по получению серной кислоты. Восхищенный красотой и ароматом фиалок, ученый, захватив с собой букетик, направился в лабораторию. Его лаборант Уильям сообщил Бойлю, что вчера доставили две бутылки соляной кислоты из Амстердама. Бойлю захотелось взглянуть на эту кислоту, и, чтобы помочь Уильяму налить кислоту, он положил фиалки на стол. Затем он взял со стола букетик и отправился в кабинет. Здесь Бойль заметил, что фиалки слегка дымятся от попавших на них брызг кислоты. Чтобы промыть цветы, Бойль опустил их в стакан с водой. Через некоторое время он бросил взгляд на стакан с фиалками, и случилось чудо: темно-фиолетовые фиалки стали красными. Естественно, Бойль, как истинный ученый, не мог пройти мимо такого случая и начал исследования. Он обнаружил, что и другие кислоты окрашивают лепестки фиалок в красный цвет. Ученый подумал, что если приготовить из лепестков настой и добавить немного к исследуемому раствору, то можно будет узнать, кислый он или нет. Бойль начал готовить настои из целебных трав, древесной коры, корней растений. Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из определенного лишайника. Кислоты изменяли его цвет на красный, а щелочи – на синий. Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить ее. Так была создана первая лакмусовая бумажка, которая теперь имеется в любой химической лаборатории. Таким образом, было открыто одно из первых веществ, которые Бойль уже тогда назвал индикаторами.[5.2]

3. Классификация индикаторов

Индикаторы (от латинского indicator – указатель) – это сложные органические вещества, которые меняют цвет в зависимости от того, попали они в кислую, щелочную или нейтральную среду. Когда среда кислая, у раствора кислый вкус, и в нем избыток катионов водорода, когда щелочная – в растворе избыток гидроксид-анионов. Если в растворе катионов водорода и гидроксид-анионов поровну, то среда считается нейтральной. Больше всего распространены индикаторы: лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый (метилоранж).Индикаторы (от лат.Indicator –указатель) – вещества, позволяющие следить за составом среды или за протеканием химической реакции.

На сегодняшний день в химии известно большое количество различных индикаторов как химических, так и природных. К химическим индикаторам относятся кислотно-щелочные, универсальные, окислительно-восстановительные, адсорбционные, флуоресцентные, комплексонометрические и другие .

Моя работа посвящена кислотно-щелочные индикаторам. С развитием химии росло число кислотно-основных индикаторов.

В наше время известны несколько сот искусственно синтезированных кислотно-основных индикаторов. С некоторыми из них мы можем познакомиться в школьной химической лаборатории.

Фенолфталеин –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. Синтез фенолфталеина впервые осуществил в 1871 году немецкий химик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии. .

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.

Однако наиболее часто в лабораторной практике используется универсальный индикатор – смесь нескольких кислотно - основных индикаторов. Он позволяет легко определить не только характер среды (кислотная, нейтральная, щелочная), но значение кислотности[5.6]

4. Индикаторы в природе

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 многих растений способны менять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока. Следовательно, пигменты являются индикаторами, которые можно применить для исследования кислотности других растворов. Расположены пигменты в хромопластах. Известно более 150 видов пигментов. Общее название таких растительных пигментов флавоноиды. В эту группу входят так называемые антоцианы и каратиноиды, которые обладают хорошими индикаторными свойствами.

Антоцианы и каротиноиды.

Антоцианы (от греческих слов «цветок» и «синий») – природные красящие вещества. Антоцианы придают растениям окраску в диапазоне от розовой до темно- фиолетовой.

Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р.Вильштеттером. Первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р.Робинсоном[5.7]. Они чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов. Антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. Если, к примеру, прокипятить нарезанный корнеплод столовой свеклы или листья краснокочанной капусты в небольшом количестве воды, то скоро она окрасится от антоциана в лиловый цвет. Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придает

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

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

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.[5.1] В последние годы были научно обоснованы связи между определенными растениями и месторождениями некоторых полезных ископаемых. Трёхцветные полевые фиалки, анютины глазки или полевой хвощ говорят человеку о том, что в почве, пусть и в минимальном количестве, но содержится цинк, золото. Розовый вьюнок и золотистая мать-и-мачеха целыми полянами разрастаются на глинистых и известковых почвах. Нередко по уродливому развитию некоторых

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

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

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

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

5. Практическая часть: исследование природных индикаторов

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

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

Ягоды растирала в ступке, свеклу измельчила с помощью терки. Экстракцию пигмента (краски) из измельченного сырья проводили двумя способами: с помощью спирта и воды.[5.4]

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

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

В пробирки налили растворы щелочи и кислоты и добавляли растворы природных индикаторов. Отмечали изменение окраски растворов

Результаты исследования.

Шкала цветовых переходов настоев некоторых растений в различных средах.[5.5]

Опыт 2. Исследование среды растворов бытовой химии.

С помощью природных приготовленных индикаторов я исследовала среду шампуня, которым пользуюсь дома, мыло детское, молочко для умывания, средство для мытья посуды

Результаты исследований.

В результате исследования я сделала вывод, что шампунь и пенка для умывания вполне подходят для применения [5.3]. А вот средство для мытья посуды имеет щелочной характер и может влиять на кожу рук, т.к. наша кожа имеет слабокислую реакцию.

Опыт3. Нагревание до кипения раствора свеклы.

Водный раствор свеклы нагрели до кипения, и цвет изменился с насыщено красного до бледно-красного. При добавлении соляной кислоты цвет вернулся и даже стал более

выраженным. Такое происходит при варке борща. Чтобы вернуть красивый насыщенный цвет можно добавить немного яблочной или уксусной кислоты.

6.Заключение

В ходе проведенной работы, я провела эксперимент по выделению природных индикаторов из различных видов растений и изучила их свойства, определила кислотность среды препаратов бытовой химии.

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

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

Итак, я пришла к выводу:

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

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

- Растительные индикаторы доступны, безопасны в использовании, экономичны.

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

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

Список литературы

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

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

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

4. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия/ Л. Ю. Аликберова.- М.: Астрель, 2000.

5.Интернет-ресурсы

5.1 www.alhimik.ru

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

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

5.4 http://www.hintfox.com/article/prigotovlenie-indikatorov-iz-prirodnih-materialov.html

5.5. https://botan.cc/prepod/himiya/oqm8euso.html

5.6. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_chemistry/1737/ИНДИКАТОРЫ

5.7. https://ru.wikipedia.org/wiki/Робинсон,_Роберт

Приложение

Фотографический отчет о проведенных исследованиях.

Фото спиртового раствора на восьмой день после приготовления.

.

\

Фото процесса приготовления растворов природных индикаторов.

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

Индикаторы в жизни человека.

Цель работы: Изучить действие химических и природных индикаторов в различных средах.

Индикатор (от латинского  indicator  — указатель) — это прибор, устройство, вещество, отображающий изменения какого-либо параметра, наиболее удобной для непосредственного восприятия человеком визуально.

Роберт Бойль  

ЦВЕТОК ФИАЛКИ

Лакмусовый лишайник

Адольф фон Байер

Химические индикаторы - это вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Они бывают природного и химического происхождения. Химические индикаторы делят обычно на несколько групп.

ПРИРОДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ.

Кислотно-основные индикаторы бывают не только химическими.

Исходным сырьем могут служить цветы герани, лепестки пиона или мальвы, ирис, темные тюльпаны или анютины глазки, а также ягоды малины, черники, черноплодной рябины, соки вишни, смородины, винограда, плоды крушины и черемухи.

Эти природные индикаторы содержат окрашенные вещества (пигменты), способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую или щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют об этом.

Такими пигментами являются, прежде всего, антоцианы. Они имеют (преимущественно) красный цвет в кислой среде и синий или зеленый - в щелочной. 

Изготовление индикатора из ягод смородины.

50г свежих плодов размельчить в ступке, 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.

Изготовление индикатора из плодов свеклы

Для приготовления растительных индикаторов берут по 50 г свеклы, измельчают, заливают 200 мл воды и кипятят в течение 5-10 минут. Полученные отвары охлаждают и фильтруют. С целью предохранения от порчи, в полученный фильтрат добавляют этиловый спирт в соотношении 2:1.

Фото спиртового раствора на восьмой день после приготовления.

Фото процесса приготовления растворов природных индикаторов.

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