"Сравнительное исследование природных индикаторов"

МКОУ «Сокольская средняя общеобразовательная школа»

Владимирская область, Суздальский район

        «МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ» 

Работа выполнил:

Сидоркин Владимир

Ученик 10 класса

МКОУ «Сокольская СОШ»

Владимирская область,

Суздальский район

Руководитель:

Торутева Елена Викторовна

учитель биологии и химии

СОКОЛ 2014г.

Содержание

1.Введение…………………………………………………………………………………………

2.Цели работы, задачи, методы исследования

3. Основная часть

3.1. История открытия индикаторов

3.2.  Распространение индикаторов в природе

3.3. Требования к индикаторам…

4. Собственные исследования

5.Результаты испытания растений – индикаторов. Таблица 1

6.Выводы

7. Заключение

8.Список используемой литературы

9. Приложение                  

Введение

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

На уроках химии я узнал, 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? Пригодны ли самодельные индикаторы для использования в домашних условия?

Цель работы: приготовление растворов растительных индикаторов из природного сырья для домашних нужд и выявить самый точный индикатор.

: Для достижения цели я поставил следующие задачи:

- изучить литературные и интернет источники по теме;

- рассмотреть классификацию индикаторов;

- выяснить , что такое антоцианы

- изготовить растворы индикаторов из природного сырья;

- провести исследование по определению самого точного индикатора

- поделиться информацией с учениками, не изучающими химию

Объект исследования: ярко окрашенные плоды, корнеплоды, цветы.

Предмет исследования: растворы растительных индикаторов.

Гипотеза: если части растения имеют яркий цвет, то их можно использовать в качестве индикаторов

Методы исследования

1.Изучение  научной литературы.
2.Качественный анализ.

3.Эмпирический (наблюдение).

4. Сравнительный.

Индикаторы - химические вещества, способные изменять окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Указывают на определенное состояние системы или на момент достижения этого состояния, широко применяются в титровании в аналитической химии и биохимии. 

Индикаторы бывают обратимые и необратимые. Изменение окраски обратимых индикаторов при изменении состояния системы может быть воспроизведено многократно. Необратимые индикаторы подвергаются необратимым химическим превращениям, например деструкции. Индикаторы, которые вводят в исследуемый раствор, называют внутренними, в отличие от внешних, реакцию с которыми проводят вне анализируемой смеси. В последнем случае одну или несколько капель анализируемого раствора помещают на бумажку, пропитанную индикатором, или смешивают их на белой фарфоровой пластинке с каплей индикатора. Индикаторы применяют чаще всего для установления конца какой-либо химической реакции, главным образом конечной точки титрования (к. т. т.). 

Индикаторы в соответствии с титриметрическими методами подразделяются на: 
- кислотно-основные 
- адсорбционные 
- окислительно-восстановительные 
- комплексонометрические

Индикаторы бывают с одной или двумя окрашенными формами - такие индикаторы называют соответственно одноцветными и двухцветными. Наиболее четкое изменение окраски наблюдалось бы у тех индикаторов, у которых кислотная и основная формы окрашены в дополнительные цвета. Однако таких индикаторов не существует, поэтому, добавляя краситель, изменяют соответствующим образом окраски обеих форм. Подобного эффекта можно добиться, если использовать смесь двух индикаторов, цвета которых дополняют друг друга. Такие индикаторы называют смешанными. 
Смеси индикаторов, которые непрерывно изменяют свой цвет во всей области значений рН от 1 до 14, называют универсальными. Их используют для приблизительной оценки рН растворов.

Лакмус. Лакмус можно назвать одним из древнейших известных химикам индикаторов. Это единственный из трёх индикаторов, о которых идёт речь, получаемый из натурального сырья. Впервые лакмус был использован как химический реагент и индикатор других веществ примерно в 1300 году. Сделал это испанский врач и алхимик Арнальдус де Виланова.

. В наши дни на изготовление лакмуса идут некоторые виды лишайников, произрастающие на западном побережье Южной Америки, Канарских и Азорских островах, в Анголе и на Мадагаскаре, а на территории Европы - в Норвегии и Швеции и в Пиренеях.

Фенолфталеин и метиловый оранжевый (обычно его называют метилоранж) получаются исключительно в лабораторных условиях путём химического синтеза. Метилоранж используют только в химии: 0,1%-ный водный раствор применяется в аналитической химии как кислотно-основный индикатор.

А вот у фенолфталеина есть и иная сфера применения: медицина. Более 150 лет это вещество использовалось медиками как слабительное средство. Впрочем, фенолфталеин, накапливаясь в организме, может оказывать раздражающее действие на почки. Сейчас использование этого вещества в медицинских целях ограничивают в связи с его недавно обнаруженными проканцерогенными свойствами.

Как их применяют

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

Широко используются кислотно-основные индикаторы, разбавленные растворы которых обладают способностью заметно изменять цвет, в зависимости от кислотности раствора. Причина изменения цвета - изменения в строении молекул индикатора в кислой и щелочной среде, что приводит к изменению спектра поглощения раствора.

К примеру, лакмус в кислотной среде приобретает интенсивный красный цвет, а в щелочной - синеет. Фенолфталеин в сильно-кислой среде будет оранжевым, а в щёлочи даст розовый оттенок. Метилоранж меняет цвет от красного в кислотной среде до оранжевого в нейтральной и жёлтого в щелочной.

Для определения состава газовых сред используют индикаторные бумажки и индикаторные трубки.

Распространённые кислотно-основные индикаторы 

.

Требования к индикаторам        

Чтобы какое-либо вещество могло служить индикатором, оно должно удовлетворять следующим необходимым условиям:

• должно быть слабой кислотой или слабым основанием;

• его молекулы и ионы должны иметь разную окраску;
• 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. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, резко изменяющие свой цвет в достаточно узких границах рН (рН – водородный показатель). Таких индикаторов известно множество, и каждый из них имеет свою область применения.

   В лабораториях 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).

Антоцианы – красящие вещества в клетках растений

Широко распространенными в растительном мире красящими веществами являются и антоцианы. В отличие от хлорофилла они не связаны внутри клетки с пластидными образованиями, а 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 или грязно-красный цвет. Но достаточно к этому раствору прибавить несколько капель уксусной, лимонной, щавелевой или любой другой кислоты, как он сразу же примет интенсивную красную окраску. 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 кислой, нейтральной или щелочной), способен быстро изменять свой оттенок. Соединения антоциана с кислотами имеют красный или розовый цвет, в нейтральной среде - фиолетовый, а в щелочной - синий.

Итак, антоцианы — растительные пигменты, которые могут присутствовать у растений как в генеративных органах (цветках, пыльце), так и в вегетативных (стеблях, листьях, корнях), а также в плодах и семенах. Они содержатся в клетке постоянно либо появляются на определенной стадии развития растений или под действием стресса. Последнее обстоятельство навело ученых на мысль, что антоцианы нужны не только для того, чтобы яркой окраской привлекать насекомых-опылителей и распространителей семян, но и для борьбы с различными типами стрессов

Антоцианы – это красящие вещества растений, которые относятся к группе гликозидов. Эти пигменты придают красную, фиолетовую, синюю, оранжевую, коричневую, пурпурную окраску плодам, листьям и лепесткам цветов. Они содержатся в цветках,плодах, корнях,стеблях ,  листьях, и семенах

Как уже упоминалось ранее, антоцианы – растительные пигменты (красители), окрашивающие кожицу ягод, фруктов и овощей в цвета от оранжевого до тёмно-синего. Природное назначение антоцианов недостаточно изучено. Предположительно, они служат для защиты плодов от ультрафиолетового излучения, предохраняют от переокисления, служат для приманки насекомых и птиц, участвующих в распространении семян.

Именно первые два свойства – защита от ультрафиолетового излучения и защита от свободных радикалов, образующихся в процессе метаболизма, – и обусловливают мощное антиоксидантное действие антоцианов

Чем сильнее окрашены фрукты (ягоды, овощи), тем выше количество антоцианов, в них содержащихся. Лидирует в этом списке черника, за ней следуют: чёрная смородина, черноплодная рябина, клюква, вишня, чёрная малина. Из овощей на первом месте баклажаны, краснокочанная капуста,свекла, томаты, перец.

Практическая часть

Зная о способности антоцианов изменять свою окраску в различных средах, можно доказать их присутствие  или опровергнуть. Для этого необходимо исследуемый материал порезать или потереть, затем прокипятить, так как это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. В растворы добавляют раствор соды и уксус.  Если окраска изменится под их воздействием, значит продукты содержат антоцианы и они особенно полезны.  Значит их можно использовать ,как индикаторы

Если нет настоящих химических индикаторов, то для определения среды растворов можно успешно применять самодельные индикаторы из природного сырья.

Исходным сырьем могут быть:

Свёкла красная, сок 
Чёрная смородина сок 
Голубика, ягоды 
Морковь, сок 
Вишня, сок ягод 
Карри порошок (Куркума) 
Дельфиниум лепестки 
Герань розовая, лепестки 
Виноград красный 
Конский каштан, листья

Гортензия 
Луковая шелуха 

Маргаритки, лепестки 
Петуния, лепестки 
Примула 
Мак, лепестки 
Пион красный, лепестки 
Капуста красная,
Ревень 
Роза, лепестки 
Земляника, ягоды 
Чай 
Тюльпан, лепестки 
Фиалка, лепестки 

Эти природные индикаторы содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую или щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют об этом.

Методика изготовления индикаторов из природного сырья

Для проведения исследовательской работы я брал - ягоды черники, жимолости, черной смородины,брусники, сок свеклы и отвар листьев лука. Для приготовления растительных индикаторов брал по 20 г сырья, измельчила, залила 80 мл воды и прокипятила в течение 1-2 минут. Полученные отвары были охлаждены и профильтрованы. С целью предохранения от порчи, в  полученный фильтрат добавлен  спирт в соотношении 2:1.

Таблица 1

Гипотеза: если части растения имеют яркий цвет, то их можно использовать в качестве индикаторов – полностью подтвердилась.

Вывод: Многие растительные пигменты-антоцианы –меняют свой цвет  в зависимости от кислотности среды и могут служить индикаторами Чем ярче окраска, тем точнее определение рН. Экспериментальным путем было доказано, что точность определения рН  индикатором из черники сходна с точностью универсального индикатора.

Р.S/ Результаты исследовательской работы  можно использовать для определения рН (водородный показатель) различных растворов, например, молочных продуктов, сока, бульонов, лимонада и других, а также для определения кислотности почвы, для определения среды разных бытовых растворов: растворов мыла, зубной пасты, шампуня.

И в заключении

Проведя эту работу, я пришел к следующим выводам: наблюдается следующая закономерность – все данные природные объекты в кислотной среде преимущественно окрашиваются в красный цвет, а в щелочной среде – в зелено-желтый

- многие природные растения обладают свойствами кислотно-основных индикаторов, способных изменять свою окраску . Сырьем для изготовления растворов растительных индикаторов может быть-плоды, корнеплоды,лепестки цветов

Растительные индикаторы можно использовать 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.
• Для определения состава лекарств, которые употребляют для лечения,  можно использовать природные индикаторы. 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.
• 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, зависимости от ее кислотности один вид растений может давать высокий урожай, а другие будут угнетенными. 
• моющие средства для посуды имеют нейтральную и слабощелочную среду и при их применении необходимо использовать резиновые перчатки для защиты кожи рук от негативного воздействия, так как щелочная и нейтральная среды разрушает кислотную мантию эпидермиса;
• можно использовать для определения среды разных бытовых растворов: растворов мыла, зубной пасты, шампуня, и выбрать наиболее приемлемое

• чтобы отстирать пятно от черники сначала нужно застирать вещь в кислой среде, а только потом обычным моющим средством.

Литература:

1.  А.А. Карцова. Химия без формул или знакомые незнакомцы.Авалон, Азбука-классика, СПб.-2005.

2.Байкова В.М. «Химия после уроков». 1976г. Стр. 90-95.

3. Ветчинский К.М. Растительный индикатор.М.: Просвещение, 2002

http://vesvnorme.net/zdorovoe-pitanie/antociany.html

Информация с http://festival. 1september.ru.

Приложение

Биосинтез и функции

Синтезируются данные соединения в цитоплазме и депонируются в клеточные вакуоли при помощи глутатионового насоса. Антоцианы обнаружены в специальных везикулах — антоцианопластах, хлоропластах, а также в кристаллическом виде в плазме некоторых видов лука и клеточном соке плодов апельсина .

Общеизвестный факт активации биосинтеза антоцианов у растений в стрессовых условиях еще не получил глубокого физиолого-биохимического обоснования. Возможно, что антоцианы не несут никакой функциональной нагрузки, а синтезируются как конечный продукт насыщенного флавоноидного пути, получившего вакуолярное ответвление с целью конечного депонирования ненужных растению фенольных соединений. С другой стороны, антоциановая индукция, вызванная опредёленными факторами окружающей среды, а также предсказуемость появления антоцианинов из года в год в периоды специфических этапов развития листа, их яркая выраженность в особых экологических нишах, возможно, способствуют адаптации растительных организмов к тем или иным стрессовым условиям.

Цвета осенних листьев

Многие популярные книги неточно указывают на то, что цвет осенних листьев (включая красный цвет) — просто результат разрушения зелёного хлорофилла, который маскировал уже имевшиеся жёлтые, оранжевые и красные пигменты (каротиноид,ксантофилл и антоциан, соответственно). И если для каротиноидов и ксантофиллов это действительно так, то антоцианы не присутствуют в листьях до тех пор, пока в листьях не начнёт снижаться уровень хлорофиллов. Именно тогда растения начинают синтезировать антоцианы, вероятно для фотозащиты в процессе перемещения азота.

Применение

Антоцианы рассматривают как вторичные метаболиты. Они разрешены в качестве пищевых добавок (E163). Богаты антоцианами такие растения, как, например, черника, клюква, малина, ежевика, чёрная смородина, вишня, баклажаны, чёрный рис, виноград Конкорд и мускатный виноград, красная капуста, и некоторые виды перцев, как жгучих, так и т. н. сладких. В медицине широко применяются антоцианы черники (в составе экстракта черники). В жгучих перцах также замечено несколько видов, у которых антоциан присутствует не только в плодах, но и в листьях. Причем, в данном случае, антоциан синтезируется тем больше, чем ярче солнечный свет, падающий на растение. К таким перцам можно отнести Black Pearl (Черная Жемчужина), Pimenta da Neyde и другие. Но в Черной Жемчужине созревший плод полностью лишается антоциана, и плод-ягода краснеет, а у Pimenta da Neyde плод-стручок на солнце всегда остается темным.

Растения с повышенной концентрацией антоцианов популярны в ландшафтном дизайне 

Пигмент антоциан: на службе генетики

 Наверное, многие знают сказку о волшебной голубой розе, которая своим запахом заставляла людей проявлять свои истинные чувства и говорить правду. Сказки и легенды о чудо-розе складывали не зря: такого цветка не существовало в природе, но его красоту воспевали с давних времен. Современная наука нашла немного варварский способ приблизить мечту селекционеров – для получения цветков голубого цвета в корни белой розы нужно было впрыскивать химические красители по типу «Индиго», которые и придавали бутонам желаемый окрас. Однако в 2004 году, после многочисленных исследований природы пигментов антоцианов и биосинтеза их соединений, методом генной инженерии была получена долгожданная голубая роза – плод упорного труда не одного поколения ученых. После этого «прорыва» свет увидели и такие неожиданные варианты овощей с необычной окраской: фиолетовый картофель сорта «Чудесник», капуста, морковь, цветная капуста и перец необычного фиолетового цвета. Зачем же ученые создают такие продукты? Дело в том, что в ходе исследований были получены данные о высоких полезных свойствах антоцианов для организма человека. Полезные свойства антоцианов На сегодняшний день антоцианы не признаны необходимыми веществами для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека. Но все же они являются сильными антиоксидантами, что обуславливает их большую пользу для здоровья. Основные свойства антоцианов и их влияние на организм человека: Адаптогенные, спазмолитические, противовоспалительные и стимулирующие функции; Противоаллергическое, мочегонное, послабляющее действия; Бактерицидные, желчегонные, седативные, кровоостанавливающие, антивирусные и слабые противоопухолевые свойства; Инсулиноподобное, фотосенсибилизирующее действия; Уменьшение ломкости и проницаемости капилляров, повышение эластичности сосудов; Снижение уровня холестерина в крови; Повышение остроты зрения, нормализация внутриглазного давления; Укрепление иммунитета и защитных функций организма. Продукты, содержащие пигмент антоциан полезны при сердечнососудистых заболеваниях, повышенном давлении, высоком холестерине. Уместно их употребление при атеросклерозе, заболеваниях кровеносных сосудов, артритах, хронических воспалительных процессах. Адаптационные и биостимулирующие свойства антоцианов обуславливают их применение в препаратах от ангины и гриппа, профилактике онкозаболеваний, при ухудшении памяти и возрастных осложнениях. Дезинфицирующее действие используется в лечении лямблиоза, трихомониаза, воспалений слизистой оболочки кишечника, витилиго и аллергии. Большой популярностью пользуются БАДы и лекарственные препараты с антоцианами для лечения катаракты, глаукомы, куриной слепоты, снижения усталости глаз. В каких продуктах содержатся антоцианы Сейчас очень много фармацевтических препаратов, которые содержат эти полезные вещества. Но все же наибольшую пользу для организма приносят те элементы, которые поступают естественным путем – из продуктов питания. Обычному человеку достаточно 200 мг антоцианов в сутки, но при серьезных болезнях и показаниях врача норма может увеличиться до 300 мг. Эти вещества не вырабатываются организмом и должны поступать извне. Итак, какие же продукты содержат пигмент антоциан: Ягоды: черника, голубика, клюква, малина, ежевика, черная смородина, брусника, черешня, вишня, боярышник, виноград; Овощи: баклажаны, помидоры, краснокочанная капуста, красный перец, редис, репа. Довольно часто в литературе можно встретить информацию о том, что столовая свекла также содержит пигмент антоциан. Вероятно, что такое утверждение появилось из-за темно-красной окраски этого корнеплода, однако она обусловлена наличием пигмента бетанидина, который имеет совершенно другую природу. Накоплению антоцианов в плодах способствует интенсивное освещение и низкие температуры. Замечено, что в альпийских лугах довольно много растений, которые содержат максимальное количество этого пигмента. Действительно, долгая продолжительность светлого времени суток и холодные ночи как нельзя лучше содействуют увеличению количества антоцианов в плодах и растениях.       Источник: http://vesvnorme.net/zdorovoe-pitanie/antociany.html