Презентация - Исследовательский работа «Природные индикаторы»

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

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

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

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

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

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

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

2.2 Биохимическая роль индикаторов
Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Антоцианы требуются клеткам головного мозга, улучшают память. Антоцианы – мощные антиоксиданты, которые сильнее в 50 раз витамина С. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Наибольшая концентрация антоцианов содержится в чернике. Поэтому препараты, содержащие чернику, наиболее востребованы в медицине.

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

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

3.2. Результаты исследования растений-индикаторов

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

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

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

3.3. Реакция среды растворов моющих средств для посуды

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

4. Заключение

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

5. Рекомендации

1)Природные индикаторы можно использовать на уроках химии, элективных курсах. 2)Растительные индикаторы можно использовать и в быту. Сок столовой свеклы в кислой среде изменяет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной – на желтый. Зная свойство свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким. Для этого к борщу следует добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты. 3)Для определения состава лекарств, которые употребляют для лечения, можно использовать природные индикаторы. Многие лекарственные препараты представляют собою кислоты, соли и основания. Изучив их свойства, можно обезопасить себя. Например, аспирин (ацетилсалициловая кислота), многие витамины нельзя принимать на голодный желудок, так как кислоты, входящие в их состав, будут повреждать слизистую желудка. 4)Результаты исследовательской работы можно использовать для определения рН (водородный показатель) различных растворов, например, молочных продуктов, бульонов, лимонада и других, а также для определения кислотности почвы, так как на одной и той же почве в зависимости от ее кислотности один вид растений может давать высокий урожай, а другие будут угнетенными. 5)Моющие средства для посуды «Миф», «Fairy», «AOS» имеют щелочную и слабощелочную среду и при их применении необходимо использовать резиновые перчатки для защиты кожи рук от негативного воздействия, так как щелочная среда разрушает кислотную мантию эпидермиса; 6) В стихотворении известного английского поэта Р.Киплинга «Синие розы», есть такие строки: Как – то милой я принес целый ворох красных роз. Не взяла она – и в слезы, синие найди ей розы. Зря изъездил я весь свет – синих роз под солнцем нет. Конечно, нет малиновых васильков и синих ландышей, но придать цветам фантастическую окраску можно. В цилиндр налить концентрированный нашатырный спирт и поместить красный цветок розы. Через несколько минут можно наблюдать изменение окраски. При взаимодействии с парами нашатырного спирта окраска красной розы становится синей.

6. Список литературы

1.Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2002. 2.Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. Книга для учащихся, учителей и родителей. – М.: АСТ-ПРЕСС, 1999. 3.Оганесян Э.Т. Руководство по химии для поступающих в вузы. – М.: Высшая школа, 1998. 4.Савина Л.А. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. – М.: АСТ, 1996. 5.Новый энциклопедический словарь. – М.: Большая Российская энциклопедия. Ринол Классик, 2000. 6.Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982. 7.Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. – М.: Дрофа, 2002. 8.Интернет-ресурсы. 9. Пилипенко А.Т. «Справочник по элементарной химии». Киев «Наукова думка». 1973г. Стр.164 -167. 10. Байкова В.М. «Химия после уроков». 1976г. Стр. 90-95. 11. Научно – практический журнал «Химия для школьников» №4 2007г. стр.60 12. Учебно–методическая газета для учителей химии «Первое сентября», №22, 2007г. 13. Балаев И.И. «Домашний эксперимент по химии». 14. Назарова Т.С, Грабецкий А.А. «Химический эксперимент в школе» г. Москва. 1987г. 15. Информация с веб – сайта alchemic.ru «Добрые советы».