Природные индикаторы. Автор: Волкова Екатерина Мельников Дмитрий. Работа №441013

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

Семилукская средняя общеобразовательная школа № 1

 

 

 

 

Учебно-исследовательский проект

на тему:

«Природные индикаторы»

 

 

 

 

 

 

Работу выполнили:

Волкова Екатерина Евгеньевна, ученица 9 «д» класса,

Мельников Дмитрий Всеволодович, ученик 9 «д» класса

 

Руководитель:

Волкова Елена Викторовна

 

 

 

2024 год

г. Семилуки

Оглавление

 

Введение…………………………………………………………………………...3

Основная часть…………………………………………………………………….5

1. Индикаторы.…………………………………………………………………….5

2. Кислотно-основные индикаторы………………………..……………………..6

2.1. История открытия ………………………..…………………………………..6

2.2. Появление кислотно-основных индикаторов…...…………………………..6

3. Индикаторы в природе………………………………………………………....7

3.1 Антоцианы и каротиноиды...………………………………………………....7

3.2. Другие природные пигменты…………………………………………….......9

3.3. Растения, используемые для приготовления природных индикаторов…....9

3.4. Методика приготовления природных индикаторов……………………….10

Практическая часть………………………………………………………............11

Заключение……………………………………………………………………….15

Список использованных источников……………………………………...……16

Приложение……………………………………………………………………...17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Впервые с понятие «химический индикатор» мы познакомились в 8-м классе, когда начали изучать новый предмет -химию. Узнали и об их классификации. Индикаторы – это вещества, способные изменять свою окраску под действием среды, в которую они попадают. При проведении опытов на уроках часто пользуются индикаторами. Мы решили узнать побольше об этих удивительных веществах, а также о возможностях их изготовления в домашних условиях и применения в обычной жизни, вне химической лаборатории.

Актуальность проекта:

детально

е

изучени

е

понятия «природные индикаторы»;

выяс

нени

е

следующих

вопросов: возм

ожно ли приготовить природные индикаторы самостоятельно, какие растения можно использовать для этого

?

проведени

е

эксперимента

по

использовани

ю

приготовленного

природного

индикатора в быту.

 

Объект исследования:

растения, вытяжки из частей которых обладают свойствами индикаторов.

 

Предмет исследования:

растворы природных индикаторов

 

Гипотеза:

кислотно-основную среду многих раст

во

ров, в том числе

,

используемых в быту, можно определить при помощи природных

индикаторов, которые возможно изготовить в домашних условиях из частей растений.

Цель проекта:

изучить понятие «индикатор»;

рассмотреть историю открытия некоторых кислотно-основных индикаторов;

найти информацию о растениях, содержащих вещества, обладающие индикаторными свойствами;

определить, какие плоды, цветы растений можно использовать в качестве индикаторов;

изучить методику приготовления индикаторов в домашних условиях из цветов, плодов, частей растений;

практическая часть:

изготовить природные индикаторы;

определить в ходе эксперимента возможность использования приготовленного природного индикатора для определения среды бытовых растворов;

проанализировать полученные результаты;

с

делать выводы

.

 

Этапы работы:

сбор материала: изучение теоретической базы с использованием учебников, пособий, информации, взятой из сети «Интернет»

;

п

одготовка оборудования для работы: заготовка лепестков,

плодов, листьев растений, материала для эксперимента;

практическая часть: проведение опытов и эксперимента;

анализ полученных данных;

оформление работы, приложений в виде таблиц и фотографий.

 

 

 

 

Основная часть

 

1. Индикаторы.

«Индикаторы» в химии (от лат. Indicator – указатель) – вещества, изменяющие свой цвет в присутствии тех или иных химических соединений в исследуемой среде (в растворе, в воздухе, в клетках, в тканях), а также при изменении ph или окислительно - восстановительного потенциала среды. Они широко применяются в биохимических, клинических, санитарно-гигиенических лабораториях.

Индикаторы применяются в виде водных и спиртовых растворов или в виде индикаторных бумажек, представляющих собой полоски фильтровальной бумаги, пропитанные индикатором.

В зависимости от назначения и механизма действия индикаторы подразделяют на ряд групп. Просто назовем их, не касаясь подробно:

кислотно-основные

– это органические соединения, изменяющие окраску (двухцветные индикаторы) или ее интенсивность (одноцветные индикаторы) в зависимости от

ph

– среды; например, лакмус (двухцветный), фенолфталеин (одноцветный);

окис

л

ительно

-восстановительные или

редоксиндекаторы

–

это органические красители, цвет которых в окис

ли

т

ельном

и восстановительном состоянии различен

;

комплексонометрические

индикаторы

(

металлоиндикаторы

) –

это органические красители,

хорошорастворимые

в воде, способные образовывать с ионами металла окрашенные комплексн

ые

соединения;

адсорбционные индикаторы –

это органические красители, адсорбирующиеся на поверхностях осадков, которые образуются при титровании по методу осаждения;

хемилюминесцентные (или

флюоресцентные

) индикаторы -

органические соединения

, обладающие способностью

люминесцировать при естественном освещении или облучении

ультрофиолетовом

светом.

2. Кислотно-основные индикаторы.

Так как наша работа посвящена группе кислотно-основных индикаторов, то подробнее остановимся на ней.

2.1. История открытия.

Вероятно, самым древним индикатором является лакмус. Он был известен уже в Древнем Египте и Древнем Риме. Лакмус – красящее вещество, добываемое из некоторых видов лишайников. В древности использовался в качестве фиолетовой краски, но со временем рецепт ее приготовления был утерян. И только в 17-м веке индикаторы были обнаружены английским физиком и химиком – Робертом Бойлем. Он проводил различные опыты. История говорит, что однажды в лабораторию к Бойлю зашел садовник и принес фиалки. Бойль очень любил цветы, но был занят опытом и оставил цветы на столе. Через какое-то время он заметил, что фиалки начали гибнуть, они дымились. Чтобы спасти цветы он опустил их в стакан с водой, и произошло чудо – их темно-фиолетовые лепестки стали красными. Бойль был заинтересован и стал проводить опыты с различными растворами, каждый раз добавляя туда фиалки. В некоторых стаканах фиалки начинали краснеть. Ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Но лучшие результаты дали опыты с лишайником: Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обычные бумажные полоски, хорошо пропитал их настоем и высушил. Вот эти «хитрые» бумажки Роберт Бойль назвал «индикаторы», что в переводе – «указатель». И именно индикаторы помогли открыть ученому новую кислоту – фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде.

2.2. Появление кислотно-основных индикаторов.

Позже в середине 19-го века в химии научились искусственно синтезировать кислотно-основные индикаторы. Так, в 1871 году немецкий химик-органик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии впервые осуществил синтез фенолфталеина. В 1877 году был открыт метилоранж.

В школьных лабораториях используют самые распространенные кислотно-основные индикаторы. Их преимуществом является дешевизна, быстрота и наглядность исследования.

название индикатора

ph

окраска до и после

лакмус

5,0-8,0

красная - синяя

фенолфталеин

8,2-10

желтая - синяя

тимоловый синий

8,0-9,6

бесцветная - красная

тимолфталеин

9,3-10,5

бесцветная - синяя

метиловый оранжевый

3,1-4

красная – оранжево-желтая

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

3. Индикаторы в природе.

3.1. Антоцианы и каротиноиды.

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

Антоцианы (от греческих слов «цветок» и «синий») – природные красящие вещества. Антоцианы придают растениям окраску в диапазоне от розовой до темно- фиолетовой. Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р.Вильштеттером. Первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р.Робинсоном. Они чаще всего растворены в клеточном соке, иногда встречаются в виде мелких кристаллов. Антоцианы легко извлечь из любых синих или красных частей растения. Если, к примеру, прокипятить нарезанный корнеплод столовой свеклы или листья краснокочанной капусты в небольшом количестве воды, то скоро она окрасится от антоциана в лиловый цвет. Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придает цветкам колокольчиков синий цвет, фиалок – фиолетовый, незабудок – небесно-голубой, тюльпанов, пионов, роз, георгинов – красный, а цветкам гвоздик, флоксов, гладиолусов – розовый. Почему же этот краситель является таким многоликим? Дело в том, что антоциан в зависимости от того, в какой среде он находится (в кислотной, нейтральной или щелочной), способен быстро изменять свой оттенок. Антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами: в нейтральной среде приобретают пурпурную окраску, в кислой среде – красный цвет, в щелочной среде – зелено-желтый цвет.

Антоцианы – неустойчивые соединения. В клетках растений обычно содержится несколько различных антоцианов и проявление их связано с химическим составом почвы и возрастом растений. Именно поэтому меняется окраска при созревании плодов, отцветании цветков и увядании листьев.

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.

 

 

3.2. Другие природные пигменты.

Меланин – пигмент, встречающийся в кожуре красных сортов винограда, в лепестках некоторых цветков.

Фитохром – голубой растительный пигмент белкового происхождения, контролирует процессы цветения и прорастания семян, ускоряя, замедляя их.

Антохром – пигмент желтого цвета, встречающийся в лепестках цветов примулы, георгина, желтого мака, в плодах лимона и других растениях.

3.3. Растения, используемые для приготовления природных индикаторов.

виноград красный

кожура

вишня

сок

герань розовая

лепестки

голубика

ягоды

гортензия

лепестки

дельфиниум

лепестки

земляника

ягоды

капуста красная

сок

карри (куркума)

порошок

конский каштан

листья

луковая шелуха

луковая шелуха

мак

лепестки

маргаритки

лепестки

морковь

сок

петуния

лепестки

пион красный

лепестки

роза

лепестки

свекла красная

сок

тимьян (орегано)

цветки

тюльпан

лепестки

чай

листья

черная смородина

сок

фиалка

лепестки

Индикаторами являются обычные чернила, которые под влиянием кислоты изменяют окраску с фиолетовой на зеленую и вновь приобретают фиолетовую окраску при нейтрализации кислоты щелочью.

Сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной – на желтый. Зная это свойство свекольного сока можно сделать цвет борща ярким. Для этого к борщу следует добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты.

3.4. Методика приготовления природных индикаторов в домашних условиях или приготовление отвара из частей растений.

а) Приготовление отвара цветов. Взять 10 грамм исследуемых веществ, растереть в ступке, добавить 50 миллилитров воды и прокипятить в течение 1-2 минут. Полученный отвар отфильтровать. Можно добавить спирт (в соотношении 2:1), чтобы предотвратить процесс закисания раствора, образования плесени.

б) Приготовление отвара ягод. Отвар из ягод делается аналогичным способом.

в) Приготовление отвара овощей. Взять 10 грамм свежих овощей, порезать или натереть на терке, добавить 50 миллилитров воды и варить 10-25 минут на водяной бане. Полученный отвар отфильтровать. К полученному раствору добавить спирт.

г) Приготовление индикаторной бумаги. Полученными отварами природных индикаторов пропитать полоски фильтровальной бумаги. Просушить их, поместив на стекло в темном месте. Через 2 дня индикаторная бумага готова к использованию. Такая бумага удобна в использовании, но хранить ее нужно вдали от света или в посуде из темного стекла.

 

 

Практическая часть

 

В домашних условиях мы решили попытаться создать кислотно-щелочные индикаторы из цветов, продуктов питания и других подручных средств. Все исследования проводились на домашней кухне в сопровождении руководителя проекта.

Для опыта нами были выбраны следующие материалы:

черный чай;

плоды малины, протертые сахаром и замороженные;

цветы растения – домашней фиалки синего цвета.

Также нам понадобились:

лимонная кислота

или лимон

(для создания раствора с кислой средой);

сода питьевая (для создания раствора с щелочной средой);

вода;

емкость для растворов;

нож;

чайник;

фильтровальная бумага;

лакмусовая бумага.

 

Опыт № 1: Приготовление растворов природных индикаторов и исследование изменения окраски их в зависимости от среды.

 

Раствор № 1.

Взяли 2 ложки черного чая и заварили его в 200 миллилитров крутого кипятка. Получили раствор коричневого цвета. Профильтровали его. Затем разлили раствор в 4 кружки: раствор в 1-й кружке оставили без изменения для сравнения; во 2-ю кружку с раствором чая добавили сок, выжатый из лимона; в 3-ю кружку добавили концентрированный раствор соды; в 4-ю кружку добавили воду.

Что наблюдали:

1 кружка – контрольная;

2 кружка

– изменение цвета

с коричневого

на оранжевый;

3 кружка – изменение цвета

с коричневого

на темно-коричневый, почти черный;

4 кружка – изменение цвета не наблюдали.

Все результаты занесли в таблицу № 1 (приложение).

 

Раствор № 2.

Пюре из ягод малины разморозили и залили 300 миллилитров горячей воды. Довели до кипения. Остудили и профильтровали. Полученный раствор красного цвета разлили в 3 кружки: раствор в 1-й кружке оставили без изменения для сравнения; к раствору во 2-й кружке добавили несколько капель раствора лимонной кислоты, в 3-ю кружку добавили концентрированный раствор соды.

Что наблюдали:

1 кружка – контрольная;

2 кружка

– изменение цвета

с красного на ярко-оранжевый

;

3 кружка – изменение цвета

с красного на темно-бардовый

;

Все результаты занесли в таблицу № 2 (приложение).

 

Раствор № 3.

Срезали с растения – фиалки домашней – несколько цветущих бутонов (лепестки окрашены в синий цвет) и залили 200 миллилитров кипятка. Дали остыть. В результате получили раствор зеленого цвета. Профильтровали. Полученный раствор разлили в 3 кружки: раствор в 1-й кружке оставили без изменения для сравнения; к раствору во 2-й кружке добавили несколько капель свежевыжатого сока лимона, чтобы создать кислую среду, в 3-ю кружку добавили концентрированный раствор соды для создания щелочной среды. Наличие в кружке кислой или щелочной среды можно увидеть по окраске лакмусовой бумаги.

Что наблюдали:

1 кружка – контрольная;

2 кружка – изменение цвета с

зеленого на ярко-малиновый

;

3 кружка – изменение цвета с

зеленого на темно-зеленый, почти черный

;

Все результаты занесли в таблицу № 3 (приложение).

 

Опыт № 2: Исследование ph-среды растворов бытовой химии, а именно – мыльных растворов.

В домашних условиях с помощью приготовленного нами природного индикатора мы решили проверить кислотно-щелочную среду различных видов мыла, используемых нами в быту. Для опыта нами были выбраны следующие материалы:

природный индикатор (в нашем случае – это раствор из лепестков домашней фиалки, имеющий зеленый цвет);

мыло туалетное «

А

бсолют»

(на упаковке заявлена нейтральная

ph

-среда);

мыло детское «Весна»

(на упаковке заявлена нейтральная

ph

-среда);

мыло

хозяйственное

72%

;

вода;

тарелки;

лакмусовая бумага

.

Из мыла и воды приготовили концентрированные мыльные растворы, перелили их в тарелки: в первую – раствор мыла детского «Весна», во вторую – раствор мыла туалетного «Абсолют», в третью – раствор хозяйственного мыла. Прилили к данным растворам раствор природного индикатора зеленого цвета. Для подтверждения результатов использовали лакмусовую бумагу.

Что наблюдали:

1

тарелка

–

раствор индикатора чуть изменил свой цвет (это говорит о том, что мыло детское «Весна» действительно имеет нейтральную

ph

-среду

(

ph

равна 7)

; это показывает и полоска лакмусовой бумаги);

2

тарелка

–

раствор индикатора изменил сво

ю окраску на синий цвет

(это говорит о

повышенном содержании щелочи в мыльном растворе

; это

же

показывает

своим цветом и

лакмусов

ая

бумаг

а:

 

ph

приблизительно равно 9 – слабо-щелочная среда);

3 тарелка – раствор индикатора изменил свою окраску на темно-синий цвет (это говорит о большом содержании щелочи в мыльном растворе;

это же показывает своим цветом и лакмусовая бумага:

 

ph

больше 10 – щелочная среда

);

В результате этого исследования мы делаем вывод, что:

детское мыло «Весна» вполне подходит для использования как детское средство гигиены;

мыло «Абсолют» имеет повышенное содержание щелочи и может оказать негативное влияние на кожу рук;

мыло хозяйственное 72% может использоваться по назначению, но руки при этом должны быть защищены перчатками.

Все результаты занесли в таблицу № 4 (приложение).

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Эта работа оказалась очень интересной и полезной. Мы изучили историю открытия некоторых кислотно-основных (щелочных) индикаторов. Узнали, что индикаторы играют большую роль при химических исследованиях, а на их употреблении построен целый ряд химического анализа.

В результате работы было доказано, что многие растения содержат антоцианы, благодаря которым они могут изменять окраску в зависимости от среды, в которую попадают, то есть обладают свойствами индикаторов.

Нами были изготовлены природные индикаторы в домашних условиях из плодов ягод, чая, цветов.

Мы определили экспериментальным путем кислотно-щелочную среду некоторых косметических средств, используемых нами в быту. Доказали пользу одних средств ухода и вред других

Сделали вывод, что природные индикаторы могут широко использоваться как в науке, так и в повседневной жизни, в быту. Природные индикаторы доступны, экономичны и безопасны в использовании.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. Книга для учащихся, учителей и родителей. - М.: АСТ-ПРЕСС, 1999.

Балаев И.И. Домашний эксперимент по химии (пособие для учителя). – М.: Просвещение, 1977.

Вронский В.А. Растительный индикатор. – СПБ.: Паритет, 2002.

Габриелян О.С. Химия. 8 класс. Базовый уровень.

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

Кин Д. Химия без лаборатории. Увлекательные опыты и развлечения. – М.: «Астрель», 2008.

Леенсон И.А. Занимательная химия. – М.: Росмен, 2001.

Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия. 9 класс. Учебник. – М.: «Просвещение», 2022.

Семенов П.П. Индикаторы из местного растительного материала. //Журнал «Химия в школе» № 1, 1984.

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

 

Таблица № 1

Номер кружки

Первоначальный цвет раствора чая

Наименование добавленного раствора

Результат изменения цвета раствора чая

1.

коричневый

-

коричневый

2.

коричневый

лимонный сок

оранжевый

3.

коричневый

раствор соды

темно-коричневый

4.

коричневый

вода

коричневый

 

Таблица № 2

Номер кружки

Первоначальный цвет раствора ягод малины

Наименование добавленного раствора

Результат изменения цвета раствора ягод малины

1.

красный

-

красный

2.

красный

раствор лимонной кислоты

ярко-оранжевый

3.

красный

раствор соды

темно-бордовый

 

Таблица № 3

Номер кружки

Первоначальный цвет раствора из лепестков фиалки

Наименование добавленного раствора

Результат изменения цвета раствора из лепестков фиалки

1.

зеленый

-

зеленый

2.

зеленый

раствор лимонного сока

ярко-малиновый

3.

зеленый

раствор соды

темно-зеленый

 

Таблица № 4

 

№

Первоначальный цвет индикатора

(раствор из лепестков фиалки)

Наименование добавленного раствора

Результат изменения цвета индикатора

Показатель ph-среды (лакмусовая бумага)

1.

зеленый

детское мыло «Весна»

зеленый

7

(нейтральная)

2.

зеленый

туалетное мыло «Абсолют»

синий

9

(слабо-щелочная)

3.

зеленый

хозяйственное мыло 72%

темно-синий

больше 10 (щелочная)