Исследовательская работа "Приготовление индикаторов из природных материалов"

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

Васильевская основная общеобразовательная школа

Аннинского муниципального района Воронежской области

Исследовательская работа на тему:

«Приготовление индикаторов из природных материалов»

Автор работы:

Кашкина Елена

ученица 9 класса

Руководитель:

Рогова Е.В.

учитель химии, биологии

с. Васильевка

2014

Содержание: стр. .

I. Введение.

Многие наблюдали такую картину. Дети с аппетитом едят вкусные и сочные фрукты, роняя капли сока на одежду. Они и не подозревают, сколько забот и хлопот создают своим мамам и бабушкам. Еще бы: ведь растительные пятна, где присутствуют все краски живой природы так непросто отстирать! Вот и со мной случилась такая же история.

Этим летом мне подарили красивую футболку, а я её испачкала соком вишни. Что бы не огорчать маму, я решила это пятно вывести. Что я только не делала: терла его хозяйственным мылом и стирала с порошком. По совету бабушки протирала ваткой с уксусной кислотой, а потом нашатырным спиртом, но ничего не помогало. К моему удивлению пятно становилось то ярко красным, то фиолетовым, то синим. Это мне напомнило урок химии, когда мы исследовали различные вещества с помощью индикаторов.

Индикаторы (от латинского indicate-указывать) - это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. Значит в плодах растений, листьях и цветах содержатся природные красители (пигменты), которые под действием щелочных растворов меняют свой цвет на синий или фиолетовый, а от действия кислот становятся красными. Возникает вопрос – что это за природные индикаторы, которые содержатся в плодах и ягодах? И какими свойствами они обладают? Поэтому, тема моей исследовательской работы –«Изготовление индикаторов из природных материалов».

Актуальность темы данной работы заключается в том, что в настоящее время возрос интерес к растениям в связи с их применением в различных областях науки, таких как химия, биология, экология, медицина. Например, по окраске растений и её интенсивности экологи определяют наличие вредных веществ в атмосферном воздухе и почве.

Информацию, полученную в этой работе можно использовать как на уроках химии, так и на уроках биологи. Эта работа полезна и в узко прикладном направлении, например в домашнем хозяйстве и на даче, когда потребуется привести в порядок одежду или определить кислотность почвы на участке, которая влияет на урожайность овощей и фруктов.

Цель работы: доказать наличие природных индикаторов в разных частях растений и изучить их свойства.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие задачи:

проанализировать научную литературу по выбранной теме;

приготовить индикаторы из овощей, ягод и цветов;

показать как изменяют свою окраску индикаторы в различных средах;

закрепить умения и навыки работы с лабораторным оборудованием и реактивами;

провести анализ полученных результатов и сделать выводы.

Объект исследования: плоды, ягоды и цветы растений, обладающие индикаторными свойствами (краснокочанная капуста, клюква, сахарная свекла, фиалка ).

Предмет исследования: растворы растительных индикаторов.

Гипотеза исследования:растения обладают индикаторными свойствами, которые можно использовать в различных сферах.

Для достижения поставленной цели были использованы следующие методы исследования: анализ, сравнение, химический эксперимент.

Нужную информацию я находила в книгах, периодических изданиях, сети «Интернет». Следует отметить, что данная тема широко освещена, поэтому была проведена большая работа, связанная с отбором и систематизацией информации.

II. Теоретическая часть.

2.1. Индикаторы. Общие понятия. Классификация.

Существует несколько определений понятия «индикатор», но во всех определениях индикаторы представлены как вещества, которые меняют цвет в зависимости от того, попали они в кислую, щелочную или нейтральную среду.

Так же как и определений индикаторов, существует несколько их классификаций. В химической энциклопедии рассмотрены индикаторы кислотно-основные, окислительно-восстановительные, комплексонометрические, адсорбционные,изотопные, люминесцентные.Индикаторы всех этих шести групп информируют химиков о том, как далеко зашли изменения в реакционной системе. Некоторые из них даже начинают светиться поддействием произошедших в растворе изменений. Индикаторы действуют безотказно иотличаются большой чувствительностью .

Рассмотрим определения некоторых индикаторов.

Адсорбционные индикаторы - вещества, способные адсорбироваться на поверхности осадка и менять при этом окраскуили интенсивность люминесценции.

Изотопные индикаторы - вещества, имеющие в своем составе химический элемент с изотопным составом, отличающимся от природного.

Комплексонометрические индикаторы - вещества, образующие с ионами металлов окрашенные комплексы, по цвету отличающиеся от самих индикаторов.

Люминесцентные индикаторы - вещества, способные люминесцировать или тушить люминесценцию при изменении концентрации ионов водорода в растворе.

Окислительно - восстановительные индикаторы - вещества, способные изменять окраску в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала раствора.

Кислотно – основные индикаторы - растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет или люминесценцию в зависимости от концентрации ионов Н⁺ (рН среды).Такие индикаторы резко изменяют свой цвет в достаточно узких границах рН.

Универсальные индикаторы – это смесь нескольких индивидуальных индикаторов, подобранных так, что их раствор поочередно меняет окраску, проходя все цвета радуги при изменении кислотности раствора в широком диапазоне рН.

pH - водородный показатель. Это понятие, ввёл датский химик Сёренсен для точной числовой характеристики среды раствора и предложил математическое выражение для его определения:

рН = -lg [H⁺].

Характер среды имеет большое значение в химических и биологических процессах, в зависимости от типа среды эти процессы могут протекать с различными скоростями и в разных направлениях. Поэтому во многих случаях важно как можно более точно определять среду раствора. Существует нейтральная среда – рН = 7, рН < 7 – кислотная, при рН > 7 – щелочная [5]. Среду исследуемого раствора можно приблизительно определить по окраске индикаторов.

Рассмотрим кислотно-основные индикаторы более подробно, так как именно к ним относятся природные индикаторы.

2.2.Кислотно-основные индикаторы. История их открытия.

Кислотно-основные индикаторы

применяется для установления конца реакции между кислотами и основаниями, или других реакций, если в них участвуют ионы Н⁺, а также для колориметрического определения рН водных растворов. Причина изменения цвета индикатора в том, что присоединение или отдача протонов его молекулами связаны с заменой одних хромофорных групп другими или с появлением новых хромофорных групп. Наиболее важные кислотно – основные индикаторы приведены в таблице (приложение 1).

Вероятно, самым древним кислотно-основным индикатором является лакмус.Лакмус был известен уже в Древнем Египте и Древнем Риме. Лакмус (отгол. lakmoes) - красящее вещество, добываемое из некоторых видов лишайников. Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь. Его основными компонентами являются: азолитмин (C₉H₁₀NO₅) и эритролитмин (С₁₃H₂₂O₆) .  Лакмус в древности использовали в качестве фиолетовой краски, но со временем, рецепт его приготовления был утерян. В 1640 ботаники описали гелиотроп (HeliotropiumTurnesole) – душистое растение с темно-лиловыми цветками, из которого было выделено красящее вещество. Этот краситель, наряду с соком фиалок, стал широко применяться химиками в качестве индикатора, который в кислой среде был красным, а в щелочной – синим.

В 1667 году знаменитый химик и физик Роберт Бойль предложил пропитывать фильтровальную бумагу отваром тропического лишайника – лакмуса, а также отварами фиалок и васильков, и таким образом положил начало применению индикаторной (лакмусовой) бумаги.

Цвет растений определяется химическим составом клеточного содержимого каждого растения (пигментом). Следовательно, индикаторы можно найти среди природных объектов. Пигменты многих растений способны менять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока. Поэтому, пигменты являются индикаторами, которые можно применить для исследования кислотности растворов.

2.3.Растительные пигменты.

Пигменты - органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их. Расположены пигменты в хлоропластах и хромопластах.

В растительном мире известно около 2 тысяч пигментов. Наиболее стойкими, являются 150. Накапливаются пигменты главным образом в корнях, цветках, кожуре плодов и в листьях растений.

В качестве природных индикаторов можно использовать:

Морковь, сок;

Свёкла красная, сок

Чёрная смородина, сок

Голубика, ягоды

Вишня, сок ягод

Карри порошок (куркума)

Дельфиниум, лепестки

Герань розовая, лепестки

Виноград красный

Конский каштан, листья

Гортензия

Луковая шелуха

Петуния, лепестки

Примула

Мак, лепестки

Капуста красная, сок

Пион красный, лепестки

Редис красный

Ревень

Роза, лепестки

Земляника, ягоды

Клюква, ягоды

Чай

Тимьян или орегано, цветы

Тюльпан, лепестки

Фиалка, лепестки

Все пигменты можно разделить на три группы — хлорофиллы, каротиноиды, антоцианы.

Хлорофилл определяет зеленую окраску листьев. Без этого изумрудного пигмента невозможна жизнь на планете, так как он осуществляет фотосинтез. Спутниками хлорофилла являются каротиноиды, которые определяют желтое, оранжевое и красное окрашивание. Так, желтые зерна кукурузы, оранжевая кожура мандарина, красные плоды шиповника своей окраской обязаны каротиноидам. Третья группа пигментов — антоцианы, которые определяют практически все краски растений — от оранжевой и красной до синей. Особый интерес представляют пигменты третьей группы – антоцианы, которые обладают хорошими индикаторными свойствами.

2.4. Применение и биохимическая роль природных индикаторов.

Свойства природных индикаторов имеют широкое применение

(приложение 2).

2.4.1 Применение природных индикаторов в медицине.

Данные последних лет свидетельствуют, что красящие вещества растений обладают многообразными лечебными эффектами и благотворно влияние на организм человека.

Антоцианы имеют огромное биохимическое значение. Они являются мощными антиоксидантами, которые сильнее в 50 раз витамина С. Образуя комплексы с радиоактивными элементами которые губительно действуют на наш организм, антоцианы способствуют быстрому выведению их из организмов. Таким образом, антоцианы являются гарантами долгой и здоровой жизни клеток, а значит, продлевают и нашу жизнь. Они оказывают защитное действие на сосуды, уменьшая их ломкость, помогают снизить уровень сахара в крови, улучшают память. Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния.

Антоцианы обладают уникальными свойствами –подавляют рост опухолей.Так, например недавние исследования показали, что употребление антоцианов в пищу помогает сократить риск заболевания раком пищевода и прямой кишки.Приготовленные из растений, содержащих антоцианы, водные и подкисленные настои в течение нескольких часов уничтожали бактерии дизентерии и брюшного тифа. Антоцианы помогают предотвратить развитие катаракты и в целом оказывают благоприятное воздействие на весь организм. Поэтому овощи и фрукты ярких цветов считаются полезными для организма.

2.4.2.Применение природных индикаторов в народном хозяйстве и быту.

Кроме медицины антоцианы также используются и в других областях народного хозяйства. Например, в сельском хозяйстве, для оценке химического состава почвы, степени её плодородия, при разведке полезных ископаемых. Добавив в антоциановый раствор горсть земли, можно сделатьзаключение о ее кислотности, так как на одной и той же почве в зависимости от ее кислотности один вид растений может давать высокий урожай, а другие будут угнетенными.

Или взять хотя бы всем известный картофель. Он имеет различную окраску кожуры, глазков, проростков и мякоти: белую, желтую, розовую, красную, синюю, темно-фиолетовую и даже черную. Различие окраски картофеля зависит от содержащихся в нем пигментов: белая - от бесцветных лейкоантоцианов или катехинов, желтая - от флавонов и флавоноидов, красная и фиолетовая - от антоцианов. Окрашенные клубни картофеля, как правило, богаче необходимыми для нашего организма веществами. Так, например, клубни с желтой мякотью имеют повышенное содержание жира, каротиноидов, рибофлавина и комплекса флавоноидов.
За счет способности антоцианов менять свою окраску можно наблюдать изменение цвета клубней картофеля в зависимости от применения минеральных удобрений и ядохимикатов. При внесении фосфорных удобрений картофель становиться белым, сульфат калия придаёт розовый цвет. Окраска клубней меняется под влиянием ядохимикатов, содержащих медь, железо, серу, фосфор и другие элементы.

Такими свойствами обладают и другие растения содержащие природные индикаторы. Что позволяет оценить экологическую обстановку. При экологическом мониторинге загрязнений, использование растений содержащих природные индикаторы часто дает более ценную информацию, чем оценка загрязнения приборами. К тому же такой способ мониторинга состояния окружающей среды проще и экономичнее.

Растительные индикаторы можно использовать и в быту:

определять среду растворов различных средств бытовой химии и косметических средств (приложение 4);

удаление пятен растительного происхождения (приложение 4).

III. Практическая часть

3.1.Эксперимент №1:«Приготовление индикатора из листьев краснокачанной капусты и изучение его свойств».

Оборудование:

краснокочанная капуста

спирто-водяная смесь

стакан

воронка

марлевый фильтр

ступка с пестиком

разделочная доска

нож

штатив с пробирками

раствор кислоты

раствор щёлочи

Методика проведения эксперимента:

Измельчаем лист краснокочанной капусты и растираем его в ступке с небольшим объёмом спирто-водной смеси (1:1), полученную смесь фильтруем через марлю. Фильтрат приобретает фиолетовый цвет.Приготовим 4 пробирки с растворами: кислоты, щелочи, воды питьевойВо все пробирки добавим несколько капель полученного капустного индикатора.

Результаты эксперимента:

Капустный индикатор во всех пробирках изменил свою окраску, он приобретает следующие цвета:1-ярко-красный;2-зеленый;3-фиолетовый(приложение 5)

3.2.Эксперимент №2«Приготовление индикатора из сахарной свеклы и изучение его свойств».

Оборудование:

свёкла

ступка с пестиком

стакан

тёрка

спирто-водная смесь

воронка

марлевый фильтр

штатив с пробирками

раствор кислоты

раствор щёлочи

Методика проведения эксперимента:

Для эксперимента выберем свёклу средних размеров, очистим её от кожуры и натрём на тёрке небольшое количество. Измельчим протёртую свёклу в ступке, добавим немного спирто-водной смеси (1:1) и полученную смесь профильтруем через марлевый фильтр. Получим вытяжку бордового цвета.

Результаты эксперимента:

Добавим несколько капель свекольного индикатора в раствор соляной кислоты, он приобретает малиновый цвет.

Добавим несколько капель свекольного индикатора в раствор щёлочи, он приобретает жёлто-коричневый цвет.(приложение 5)

3.3.Эксперимент №3«Приготовление индикатора из ягод клюквы и изучение его свойств».

Оборудование:

клюква

стакан

ступка с пестиком

стеклянная палочка

марлевый фильтр

воронка

мел

раствор кислоты

раствор щёлочи

штатив с пробирками

Методика проведения эксперимента:

Приготовим для эксперимента несколько ягод клюквы. Измельчим ягоды в ступке и разотрём их с небольшим количеством чистого песка, добавим несколько миллилитров спирта. Экстракт нейтрализуем мелом, так как сок клюквы кислый. Отфильтруем полученную смесь. Вытяжка приобретает красный цвет.

Результаты эксперимента:

Приготовим в пробирках растворы кислоты, щёлочи и питьевой соды. Клюквенный индикатор изменяет свой цвет: в растворе кислоты – алый, в растворе щёлочи – синий, в растворе соды – фиолетовый.(приложение5)

3.4.Эксперимент №4«Приготовление индикатора из цветов фиалки и изучение его свойств».

Оборудование:

фиалка

ступка с пестиком

стакан

спирт

вода

воронка

фильтр

раствор кислоты

раствор щелочи

штатив с пробирками

Методика проведения эксперимента:

Для эксперимента возьмём домашнее растение – фиалку. Измельчим её цветки и разотрём их в ступке с небольшим количеством чистого речного песка, добавим немного спирто-водной смеси и отфильтруем. Получим вытяжку сиреневого цвета.

Результаты эксперимента:

Добавим приготовленный фиалковый индикатор в раствор кислоты – он приобретает розовую окраску, а в растворе щёлочи – жёлто-зелёную.(приложение4)

IV.Заключение:

Приступая к работе, я выдвинула предположения о том, что растения обладают индикаторными свойствами, которые можно использовать в различных сферах. Данные, полученные в ходе исследования различных растительных объектов, показали, что в плодах, листья и цветах растений содержатся красители (пигменты), обладающие индикаторными свойствами.В ходе выполнения работы я выяснила, что такое индикаторы, как они изменяют свою окраску в разных средах; освоила методику получения индикаторов из природного сырья: капусты, свёклы, клюквы, домашней фиалки. Природные индикаторы имеют преимущества перед синтетическими, потому что они дешёвые и доступные, они экологически безопасны, и их можно приготовить и использовать в домашних условиях. К сожалению, почти у всех природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся, теряют свои свойства.

Результаты исследований можно использовать для определения рН растворов, в том числе пищевых продуктов – молока, кефира, бульона, лимонада, пепси-колы и т.п.

В качестве эксперимента я взяла растворы пищевых продуктов и к каждому из них добавила индикатор, приготовленный из свёклы столовой. Результаты этих испытаний приведены в таблице.

Надеюсь, что моя работа привлечёт внимание учащихся, их родителей и педагогов, так как полученная информация может быть использована не только на уроках химии и биологии, но и в узко прикладном направлении, например в домашнем хозяйстве и на даче.Работа способствуетразвитию у учащихся любознательности, наблюдательности и приобретению практических навыков проведения наблюдений, исследованию и обобщению информации для обоснования конечных выводов.

V. Список используемой литературы

Артамонов В.И. Занимательная физиология растений.- М.: Агропромиздат, 1991. – 337с.

Байкова В.М. Химия после уроков. Петрозаводск «Карелия», 1976. – 175 с.

Большая Советская Энциклопедия: в 30 т.: т. 2/Гл. ред.: Прохоров А.М. — М.: Сов. Энцикл., 1970. — 97 с.

Меженский В.Н. Растения-индикаторы. М.: ООО «Издательство ACT»; Донецк: «Сталкер», 2004 — 76 с.

Оганесян Э. Т.   Руководство по химии поступающим в вузы. - М.: Высш. школа, 1991. - 464с.

Семенов П.П. «Индикаторы из местного растительного материала», // журнал Химия в школе. №1, 1984 – 73 с.

Химическая энциклопедия: в 5 т.: т. 2 / Гл. ред.: Кнунянц И.Л. – М.: Сов. Энцикл., 1990 – 671 с.

Энциклопедия для детей. Том. 17. Химия / Гл. ред.: Володин В.А. – М.: Аванта+, 2002 – 640 с.

http://www.edudic.ru/. Биофлавоноиды. Химическая энциклопедия

http://ru.wikipedia.org/wiki/. Лакмус. Википедия. Свободная энциклопедия.

http://www.moizveti.ucoz.ru/.Мой цветочный мир.

http://travi.uvaga.biz/.Антоцианы.Лечебные травы.

http://www.valleyflora.ru/. Удивительный мир растений.

VI. Приложения

Приложение 1

Кислотно – основные индикаторы.

Приложение 2

Применение природных индикаторов.

Приложение3

Изменения окраски природных индикаторов в разных средах.

Приложение 4

Реакция среды косметико-гигиенических, моющих и других средств.

Способы удаления пятен растительного происхождения.

Свежие пятна от фруктов и цветов удаляют нашатырным спиртом (3%-м водным раствором аммиака) или раствором соды (1 чайная ложка на 1 стакан воды), а затем промывают водой.

Пятна от фруктов и фруктовых соков хорошо удаляются раствором приготовленным из 2 г лимонной кислоты в 20 мл этилового спирта при легком (до 40^oС) нагревании; после такой обработки надо прополоскать ткань в теплой 1%-м растворе аммиака и затем, снова в воде с добавкой нескольких капель уксусной или щепотки лимонной кислоты. Лимонная кислота связывает железо, входящее в состав солей антоцианов, а аммиак создает щелочную среду, и красная окраска переходит в голубоватую.

Совсем свежие пятна от фруктовых соков удаляются кипятком.

Ягодные и фруктовые пятна на светлом атласе и изделиях из натурального шелка отчищают также тампоном из марли, смоченным подогретым этиловым спиртом (антоцианы растворимы в спиртах).

Приложение5

Фотоиллюстрации к экспериментам.

Эксперимент №1

Эксперимент №2

Эксперимент №3-№4

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/87876-issledovatelskaja-rabota-prigotovlenie-indika