Проектная работа "Растительные индикаторы"

Департамент Образования города Москвы

Северо-восточное окружное управление образования

ГБОУ лицей №1568 имени Пабло Неруды (здание №3)

 Проектно-исследовательская работа

Тема: «РАСТИТЕЛЬНЫЕ ИНДИКАТОРЫ»

Автор  работы:

 Борисов Семен  9 «Е» класс

Вдовина Ирина 9 «Е» класс

 Руководитель:

  Митрошина С.М.,

 учитель химии и биологии

г. Москва

2014 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение	Стр  3
Историческая справка об индикаторах	Стр 4
Классификация индикаторов	Стр 4-5
Растительные индикаторы	Стр 5-6
Практическая часть «Методика приготовления индикаторов из растительного сырья  и  изучение их свойств»	Стр  7-8
Выводы	Стр 8-9
Список литературы	Стр 10
Приложения	Стр 11

Введение

Лимонная кислота, уксус, нашатырный спирт, известь, аскорбиновая кислота, щавелевая кислота – вещества, часто встречающиеся в быту.                                                                                                            Среди кислот и щелочей много опасных, агрессивных веществ, способных вызвать тяжелые химические ожоги. Многие растворы кислот и щелочей бесцветны, не имеют запаха, но их нельзя пробовать на вкус.                                                                                                                                                                Для того,  различить кислоты и основания используют индикаторы.

Индикаторы – это органические и неорганические вещества, изменяющие свою окраску в зависимости от реакции среды. Название «индикаторы» происходит от латинского слова indicator, что означает «указатель».

Поставленные вопросы: какие растения могут использоваться в качестве  индикаторов? Можно ли приготовить растворы растительных индикаторов самостоятельно? Пригодны ли самодельные индикаторы для использования  при проведении экспериментов?

 Актуальность:  использование  кислотно-основных  индикаторов  из  плодов  растений.

            Цель  работы:  получение  растительных  индикаторов  из  природного  сырья, изучение    изменения    цвета    пигментов растений в различных средах

            Задачи:

            -     изучить литературные источники по теме;

            -     рассмотреть классификацию индикаторов;

            -     изготовить растворы индикаторов из природного сырья;

-     провести исследование по определению среды растворов                                                                                     Объект  исследования: вытяжки из частей растения, обладающие свойствами индикаторов.

 плоды растений,  обладающие  свойствами  кислотно-основных     индикаторов.

Гипотеза: пигменты, содержащиеся в плодах растений обладают свойствами индикаторов, растворы  растительных  индикаторов  можно  приготовить  самостоятельно  и  применять  в  быту и  школьной  лаборатории.

Методы  и  приемы  работы:                                                                                                    ·     ознакомиться  с  методикой  проведения  опытов;                                                         ·     приготовить  растворы  индикаторов  из  природного  сырья;                                      ·     изучить  изменения  окраски  природных  индикаторов  в  зависимости  от  среды;       ·     соблюдать  правила  техники  безопасности  во  время  химического  эксперимента.

          Предмет исследования: растворы растительных индикаторов.

Историческая справка

История индикаторов начинается в XVII веке. Еще в 1640 году ботаники описали гелиотроп – 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. 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.

Вначале с помощью лакмуса исследовали минеральные воды, а примерно с 1670 года его начали использовать в химических опытах. «Как только вношу незначительно малое количество кислоты, – писал в 1694 французский химик Пьер Поме о „турнесоле", – он становится красным, поэтому если кто хочет узнать, содержится ли в чем-нибудь кислота, его можно использовать». В 1704 немецкий ученый М.Валентин назвал эту краску лакмусом; это слово и осталось во всех европейских языках, кроме французского; по-французски лакмус – tournesol, что дословно означает «поворачивающийся за солнцем». Так же французы называют и подсолнечник; кстати, «гелиотроп» означает то же самое, только по-гречески.

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, он действительно оранжевый в нейтральной среде. В кислотах его окраска становится розово-малиновой, а в щелочах – желтой.  В настоящее время химики часто пользуются индикаторной бумагой, пропитанной смесью разных индикаторов – универсальным индикатором.                                                                                                      

    Классификация индикаторов

Одни из самых распространенных – кислотно-основные индикаторы, изменяющие 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, при чем окисленная и восстановленная формы имеют разные окраски. Например, окисленная форма дифениламина имеет фиолетовую окраску, а восстановленная – бесцветная.

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.

При отсутствии фабричных  химических индикаторов  для определения среды растворов можно успешно применять самодельные индикаторы из природного сырья.

Растительные индикаторы

Растительные  индикаторы содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие.

Называются эти окрашенные вещества пигментами.

Их окраска определяется избирательным поглощением света в видимой части солнечного спектра. Меланин - пигмент, встречающийся кожуре красных сортов винограда, лепестках некоторых цветков.

Структура молекул меланина жидкокристаллическая. Пигмент является сильным антиоксидантом. Фитохром - голубой растительный пигмент белкового строения, контролирует процессы цветения и прорастания семян. У одних растений ускоряя цветение, у других - задерживая. Фитохром играет роль "биологических часов" растения, механизм действия пока не изучен. Известно, что строение пигмента меняется в зависимости от светлого и тёмного времени суток, сигнализируя об этом растению.                                                                                                                                                            Phyton - от греческого растение, сhrom - цвет, краска. Это вещество регулирует синтез белковых молекул (ДНК, РНК), образование хлорофилла, каратиноидов, антоцианов, органических фосфатов, витаминов. Фитохром связан с клеточными мембранами и встречается практически во всех органах растения.                                                                                                                                                           Антоцианы - придают растениям окраску в диапазоне от розовой, красной, сиреневой, до синей и тёмно-фиолетовой. Антоцианы образуются в процессах гидролиза крахмала и по своему происхождению являются безазотистыми соединениями, близким к глюкозидам - соединениям сахара с неуглеводной частью. Усиленное образование антоцианов в клетках растения происходит при снижениях температур окружающей среды, при остановках синтеза хлорофилла, при интенсивном освещении УФ-лучами, при недостатке фосфора, необходимого для ввязывания гидролизованных крахмалом сахаров. При этом окраска листьев растений изменяется от зелёных до красных и синих цветов.                                                                                                                          Антоцианы хорошо растворимы в воде и присутствуют в соке вакуолей. Диапазон цветов изменяется благодаря наличию в растении всего трёх моделей антоцианов, различных между собой числом гидроксильных групп. Вариации в пропорциях этих пигментов в растениях дают разную окраску лепестков. В зависимости от кислотности (рН) среды сока вакуолей, антоциан придаёт ту или иную окраску. В кислой среде он обычно имеет красные тона, например, у герани, гортензии, фиалок. В щелочной среде эти растения приобретают сине-голубые тона. Если же к синему или фиолетовому раствору антоциана прибавить кислоту, раствор снова станет розовым. Опытным путём это легко проверить на растениях, подбирая в качестве подкормок те или иные микроэлементы, изменяющие кислотность жидкости вакуолей. Если к нейтральному раствору антоциана добавить очень слабый щелочной раствор - получается голубое окрашивание, при более концентрированном растворе щелочи окрашивание перейдёт в жёлто-зелёное. Красная окраска - у маков, роз, герани, синяя - у васильков, голубая - у колокольчиков обусловлена наличием пигмента антоциана. Плоды винограда, слив, терна, краснокочанной капусты, свеклы окрашены антоцианом. Считается, что антоциан защищает растения от низких температур, от вредного воздействия солнечного цвета на цитоплазму.                                                                                                           Антохлор - пигмент жёлтого цвета. Встречается в клетках кожицы  лепестков первоцвета (баранчики, примула), льнянки, жёлтого мака, георгины, в плодах лимонов и других растениях.                                                                                 Антофеин - редко встречающийся пигмент тёмного цвета. Вызывает окраску пятен на крыльях венчика у русских бобов (Faba vulgaris).                                                                                                                 Каротиноиды - содержатся в растениях, устойчивых к пониженным температурам. Когда хлорофилл исчерпывается в холодное время года, листья приобретают заметную жёлтую или оранжевую окраску за счёт пролонгированного действия пигмента каротиноида. Каротиноиды защищают растения от пагубного действия солнечного света, принимая УФ-излучения солнца на себя, трансформируя в энергию и передавая её хлорофиллу. С помощью такой передачи хлорофилл регулирует процессы фотосинтеза. В доказательство того, что каротиноиды присутствуют в листьях постоянно наравне с хлорофиллом, послужит следующий эксперимент: к спиртовой вытяжке хлорофилла прилить бензина 1:1, взболтать смесь и дать отстояться, смесь расслоится. Нижний слой из спирта имеет жёлтую окраску и содержит жёлтый пигмент ксантофилл. Верхний бензиновый слой зелёного цвета и содержит хлорофилл и каротин. Оранжево-красный цвет растениям даёт пигмент каротин, жёлтую - ксантофилл. Эти пигменты имеют белково-липоидную основу. Эти пигменты обнаружены в плодах помидоров, апельсинов, мандаринов, в корне моркови. Основная роль этих пигментов- придать растениям яркую привлекательную окраску, привлекая птиц и животных для разнесения семян. Цветы с оранжево-жёлтой окраской - лютик, настурция.

Практическая часть

Методика изготовления индикаторов из природного сырья

Для приготовления растительных индикаторов берут  по 50 г сырья, измельчают, перетирают в ступке, добавив 50 мл воды, 20 мл этилового спирта.  Полученные  вытяжки фильтруют.                                   

С целью предохранения от порчи, в  полученный фильтрат добавляют  этиловый спирт в соотношении 2:0,5.

Получив таким образом растворы индикаторов, мы проверили, как будет изменяться цвет растворов в разных средах.

Брали пипеткой по  несколько капель самодельного индикатора и добавляли их поочередно в воду (нейтральная среда), кислый (р-р HCl) или щёлочной (р-р NaOH) растворы.  Результаты всех этих опытов заносили  в таблицу.

Таблица 1. Изменение окраски природных индикаторов в различных средах.

Название индикаторов	Среда
	Кислая ( р-р НCl )	Щёлочная (р-р NaOH)	Нейтральная (H2O)
Капуста красная	Малиновый	Жёлтый	Бледно-розовый
Базилик	Бледно-коричневый	Бледно-коричневый	Бледно-коричневый
Малина	Бледно-красный	Зелёный	Бледно-розовый
Красная смородина	Бледно-розовый	Зелёный	Бледно-розовый
Клубника	Бледно-оранжевый	Бледно-коричневый	Бледно-оранжевый
Брусника	Красный	Зелёный	Красный
Облепиха	Бесцветный	Жёлтый	Светло-жёлтый
Свекла	Бледно-красный	Жёлтый	Красный
Морковь	Бледно-оранжевый	Оранжевый	Бесцветный

В результате эксперимента мы убедились, что не все индикаторы, из приготовленных нами  , можно использовать как индикаторы. Например, морковный сок и вытяжку из ягод облепихи нежелательно использовать как индикатор, потому что его изменения незначительны.   В то же время яки из ягод малины, брусики, краснокочанной капусты вещества проявляют ярко выраженные индикаторные свойства.

 Приготовление  индикаторных  бумажек.

С  помощью  фильтровальной  бумаги  и  вытяжек  из  растительных  индикаторов  мы  приготовили  индикаторные  бумажки.  Способ  приготовления  очень  простой:  на  фильтровальную  бумагу  с  помощью  пипетки  наносят  раствор  из  вытяжки  растительного  индикатора,  высушивают  и  повторяют  процедуру  ещё  раз.

Изменение  цвета  пропитанных  индикаторных  бумажек  в  различных  средах  соответствует  изменению  цвета  вытяжки  аналогичного  растительного  индикатора.

Выводы:

Проведя исследовательскую работу, мы пришли к следующим выводам:

- пигменты растений могут использоваться  в качестве индикаторов

-многие природные растения обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, способных изменять свою окраску в зависимости от среды, в которую они попадают;                                                                     - для изготовления растворов растительных индикаторов можно использовать следующее природное сырье: ягоды малины, клубники, брусники, краснокочанную капусту, свеклу

-растворы растительных индикаторов можно использовать в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов

- эти индикаторы обладают достаточно высокой чувствительностью, особенно ярко окрашенные соки черной смородины, клюквы, калины, черники  и свеклы. Свойства этих индикаторов сравнимы со свойствами универсальной индикаторной бумаги.

-Интенсивность окраски индикаторов зависит от концентрации исследуемых растворов, что позволяет приблизительно оценить агрессивность среды. Легкость приготовления и безопасность делают подобные индикаторы легкодоступными, а значит хорошими помощниками в работе с кислотами и основаниями

- ягоды  растений  имеют  кислую  среду,  поэтому  не  изменяется  цвет  раствора  в  кислой  среде,  окраска  остается  красным.  В  щелочной  среде  растворы  приобретают  от  желтого  до  зеленого  цвета. 

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.     Семенов П.П. «Индикаторы из местного растительного материала»,   «Химия в школе», 1984, №1, стр.73

4.     Степин С.С., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии, М. «Дрофа», 2002 г

5.     Оганесян Э.Т. Руководство по химии для поступающих в вузы. – М.: Высшая школа, 1998.

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

7.     Интернет-ресурсы.

Приложение 1

Структурная формула фенолфталеина

Приложение 2

Структурная формула метилоранжа