Исследовательская работа по химии "В мире индикаторов"

Муниципальное казённое общеобразовательное  учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №17»

г. Палласовки

Исследовательский проект по химии:

«Индикаторы вокруг нас»

                        Выполнила

Искалиева Диана,

 учащаяся 8 «Б» класса 

Руководитель – Барышникова М.В.,

учитель химии

Палласовка, 2018

Содержание

	ВВЕДЕНИЕ	3
I.	ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ИНДИКАТОРОВ	4
II.	ХИМИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ	5 - 6
III.	ПРИМЕНЕНИЕ ИНДИКАТОРОВ	7
IV.	ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ	8
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	9
	СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	10

ВВЕДЕНИЕ

Впервые с химическими веществами я познакомилась в 8 классе, когда начала изучать курс химии. Меня поразило многообразие веществ в современном мире. Я задалась вопросом, как можно различать вещества, ведь некоторые из них визуально идентичны? Недавно мы познакомились с классами неорганических веществ и их отдельными представителями, узнали некоторые их свойства. В ходе лабораторных работ, я выяснила, что большинство растворов бесцветны. Как различить растворы? Что может служить указателем в бескрайнем мире химических веществ? Оказывается, есть такие указатели в химии – это индикаторы. Любой школьник, скажет, что такое фенолфталеин, лакмус или метилоранж. Поэтому тема моего проекта: «Индикаторы вокруг нас».

Цель проекта: Изучить действие химических  индикаторов в различных средах.

Задачи проекта:  

1.      изучить литературные источники по теме;

2.      рассмотреть три основных типа индикаторов, их классификацию;

3.      ознакомиться с их открытием и выполняемыми функциями;

4.      изучить действие химических индикаторов в различных средах растворов;

5.      провести практическую работу с использованием трёх типов индикаторов.

I. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ИНДИКАТОРОВ

Впервые вещества, меняющие свой цвет в зависимости от среды, обнаружил в XVII веке английский химик и физик Роберт Бойль. Он провел тысячи опытов. Вот один из них.

В лаборатории горели свечи, в ретортах что-то кипело, когда некстати зашел садовник. Он принес корзину с фиалками. Бойль очень любил цветы, но предстояло начать опыт. Он взял несколько цветков, понюхал и положил их на стол. Опыт начался, открыли колбу, из нее повалил едкий пар. Когда же опыт кончился, Бойль случайно взглянул 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. Случайный опыт? Случайная находка? Роберт Бойль не был бы настоящим ученым, если бы прошел мимо такого случая. Ученый велел готовить помощнику растворы, которые потом переливали в стаканы и в каждый опустили по цветку. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Наконец, ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какие вещества содержатся в растворе. Затем Бойль заинтересовался, что покажут не фиалки, а другие растения.

Он приготовил для своих опытов водный настой лакмусового лишайника. 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.

Эксперименты следовали один за другим, проверялись васильки и другие растения, но всё же лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Так, в 1663 году, был открыт первый индикатор для обнаружения кислот и оснований, названный по имени лишайника лакмусом. 

В 1667 году Роберт Бойль предложил пропитывать фильтровальную бумагу отваром тропического лишайника – лакмуса, а также отварами фиалок и васильков. Высушенные и нарезанные «хитрые» бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора.

Лакмус стал самым древним кислотно-основным индикатором. Надо сказать, что само красящее вещество лакмус был известен ещё в Древнем Египте и Древнем Риме. Его добывали из некоторых видов лишайников, произраставших на скалах Шотландии, и использовали в качестве фиолетовой краски, но со временем,  рецепт его приготовления был утерян.

В 1640 году ботаники описали гелиотроп – душистое растение с темно-лиловыми цветками, из которого тоже было выделено красящее вещество. Этот краситель стал широко применяться химиками в качестве индикатора, который в кислой среде был красным, а в щелочной – синим.

 Позже, в серединеXIX века химики 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 наши дни известны несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных.

II. ХИМИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ

Слово «индикатор» применяется в разных областях человеческой деятельности – механике, математике, биологии, экологии, экономике, в социальных, общественных науках  и прочих.

Индикатор (от латинского indicator — указатель) — это прибор, устройство, информационная система, вещество или объект, отображающий изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта в форме, наиболее удобной для непосредственного восприятия человеком визуально, акустически, тактильно или другим легко интерпретируемым способом. Мы будем рассматривать только химические индикаторы.

Химические индикаторы - это вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Они бывают природного и химического происхождения. Индикаторы применяют чаще всего для установления конца какой-либо химической реакции или концентрации водородных ионов по легко заметному признаку. Химические индикаторы делят обычно на несколько групп.

   В школе используются самые распространенные кислотно – основные индикаторы. Их преимуществом является дешевизна, быстрота и наглядность исследования. Это растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет в зависимости от концентрации ионов водорода Н⁺ (рН среды). 

Больше всего распространены индикаторы лакмус, фенолфталеин и метилоранж.

   Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус.   Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь. Это порошок черного цвета, растворим в воде, 95 % спирте, ацетоне, ледяной уксусной кислоте.

Окраска лакмуса в различных средах изменяется следующим образом:

Кислота	Щёлочь	Нейтральная среда
красный	синий	фиолетовый

Фенолфталеин С₂₀Н₁₄О₄ (продается в аптеке под названием "пурген") - белый мелкокристаллический порошок, растворим в 95% спирте, но практически не растворим в воде. Применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен.

Кислота	Щёлочь	Нейтральная среда
бесцветный	малиновый	бесцветный

Метиловый оранжевый, C₁₄H₁₄N₃O₃SNa, - кристаллический порошок оранжевого цвета, умеренно растворим в воде, нерастворим в органических растворителях. Метилоранж действительно оранжевый в нейтральной среде. В кислотах его окраска становится розово-малиновой, а в щелочах – желтой.

Кислота	Щёлочь	Нейтральная среда
розовый	жёлтый	оранжевый

III. ПРИМЕНЕНИЕ ИНДИКАТОРОВ

   Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких сред, следить за изменением их состава или за протеканием химической реакции.

   Как уже было сказано, в растениях очень много природных пигментов, природных индикаторов, большая часть которых относится к антоцианам.

   Природные индикаторы находят применение во многих областях человеческой деятельности: в медицине и экологии, в сельском и народном хозяйстве, в пищевой промышленности и в быту.

   Так же антоцианы применяются в косметике, т.к. обладают стабилизирующим эффектом и являются коллагенами и в пищевой промышленности в виде добавки E163 в качестве природных красителей. Они применяются в производстве кондитерских изделий, напитков, йогуртов и других пищевых продуктов. Кроме медицины, индикаторы также используются и в сельском хозяйстве, например, для оценки химического состава почвы, степени её плодородия, при разведке полезных ископаемых.

   Растительные индикаторы можно использовать и в быту.

·           Индикаторы помогают определять среду растворов различных средств бытовой химии и косметических средств, удалять пятна растительного происхождения.

·           Даже хозяйки используют индикаторы, чтобы борщ был ярко-красным - в него перед окончанием варки добавляют немного пищевой кислоты – уксусной или лимонной; цвет меняется прямо на глазах.

·           Давненько  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.

·           Ещё в прошлом веке реакцию йода с крахмалом (в результате которой все окрашивается в синий цвет) использовали, чтобы уличить недобросовестных торговцев, которые добавляли в сметану «для густоты» пшеничную муку. Если на образец такой сметаны капнуть йодной настойки, синее окрашивание сразу выявит подвох.

·           Раньше лакмус использовали в качестве красителя, но когда изобрели синтетические красители, использование лакмуса ограничилось. Для этой цели служат полоски фильтрованной бумаги, пропитанной раствором лакмуса.

IV. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Действие химических индикаторов в различных средах

В ходе лабораторного исследования, я получила растворы индикаторов и провела работу с ними.

По несколько капель каждого образца добавляла в растворы воды (среда нейтральная), соляной кислоты HCl (среда кислая) и гидроксида натрия NaOH (среда щелочная).

Вывод. Все индикаторы изменили свой цвет в кислой и в  щелочной среде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   Из литературных и интернет-источников я узнала о действиях химических индикаторов в различных средах, т.е. достигла своей главной цели. Узнала, на какие группы делятся индикаторы, как ведут себя в кислотных, основных и щелочных средах. Оказывается, индикаторы можно использовать для различных целей.

После проведения ряда опытов я убедилась в том, что индикаторы в действительности являются веществами, изменяющими окраску при изменении концентрации ионов водорода в растворе.

В  современном  мире   при   огромнейшем   разнообразии   химических  веществ  необходимо  знать   правила  правильного   использования этих   веществ. Не  пренебрегайте    инструкцией   по  применению.

   Надеюсь, что моя работа привлечёт внимание учащихся и педагогов, так как полученная информация может быть использована в узко прикладном направлении, например в домашнем хозяйстве и на даче. А ещё надеюсь, что моя работа будет способствовать развитию у ребят любознательности и наблюдательности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

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.        Байкова В.М. Химия после уроков. - Петрозаводск: Карелия, 1984.

4.        Балаев И.И. Домашний эксперимент по химии.(Пособие для учителя)  - М.: Просвещение, 1977.

5.        Габриелян О.С. Химия. 8 класс. Базовый уровень: учеб.для ОУ. - М.: Дрофа.  2008.

6.        Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982.

Интернет-ресурсы:

1.    http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1684.html

2.    http://festival.1september.ru/articles/534067/

3.    http://ru.wikipedia.org/wiki.

4.    http://www.alhimik.ru

5.   http://www.planetseed.com/ruru

6.   http://www. alchemic.ru. «Добрые советы».