Научно-исследовательская работа по теме:"Природные индикаторы"

Тема: Природные индикаторы

Содержание

Введение                         2-4

1.Теоретическая часть………………………………………5-10………………....

1.1. Природные красители…………………………………5-6………………....

1.2. Понятия об индикаторах…………………………………6-8……………….

1.3. Классификация школьных индикаторов и способы их использования …. 9

1.4. Водородный показатель……………………………………9-10

2.Практическая часть………………………………………………  11-13

2.1. Методика изготовления природных индикаторов…………. 11

2.2. Исследование среды растворов растительными индикаторами……12

2.3. Исследование среды продуктов питания………………………13

2.4. Исследование среды моющих средств…………………….........13

Выводы………………………………………………………………14

Заключение……………………………………………………………15

Список литературы с указанием страниц…………………………16

Приложение ………………………..17-19                                    

………………………………………………………………………………………………………………….

2

Введение

Природа – это уникальное творение Вселенной. Этот мир красив, таинственен и сложен. Данная работа посвящена уникальным свойствам растений, которые не перестают удивлять человечество каждый раз. Меня заинтересовали такие вещества, как растения - индикаторы.

Я решила выяснить: можно ли в качестве индикаторов использовать те  растительные природные материалы, которые есть в нашей местности.

Индикаторы (от английского indicate- указывать) – это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. С помощью индикаторов можно определить среду раствора.

Актуальность темы 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.  В продаже появляются пищевые добавки – красители, тысячи лекарственных препаратов, сделанных из новых полимеров, качественно отличающихся от природных. Широкое распространение получила пищевая индустрия на основе технологии глубокой химической переработки натуральных продуктов, а также производство генетически изменённых злаков, овощей и фруктов.  На основании

проведенных исследований можно дать рекомендации по использованию отваров

растительного сырья для примерной оценки величины рН, что актуально в

случае отсутствия специального оборудования. По окраске растений и еѐ

интенсивности возможно определить наличие избытка кислот или щелочей в продуктах питания и моющих средствах. 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:

• Изучить понятие об индикаторах;

• Ознакомиться с их открытием и выполняемыми функциями;

• Научиться выделять индикаторы из природных объектов;

• Исследовать действие природных индикаторов в различных средах;

3

Методы исследования:

•         Изучение  научно-популярной  литературы;

•        Получение  растворов  индикаторов  и  работа  с ними.

Методы исследования

-Изучение научно – популярной литературы

-Получение растворов индикаторов и работа с ними

Гипотеза

Если растения изменяют цвет в различных средах, то их можно использовать в качестве индикаторов

Задачи

1. Приготовить растворы индикаторов, которые бы указывали на присутствие кислоты или основания
2. Исследовать среды растворов растительными индикаторами

Предметы исследования: свекла, чай, виноградный сок, моющие средства, продукты питания

4

I.Теоретическая часть

1.1. Природные красители.

Первые краски люди получали из цветов, листьев, стеблей и корней растений. С давних пор русские крестьяне пользовались растительными красителями, они окрашивали шерсть и льняные ткани в различные цвета. Для получения краски размельчённые части растений обычно кипятили в воде и полученный раствор выпаривали до густого или твёрдого осадка. Затем ткани кипятили в растворе красителя, добавляя для прочности окраски соду и уксус.

Главной составной частью краски является краситель. Краситель – это красящее химическое соединение, придающее материалу определённый цвет.

Использование природных красителей было известно ещё за 3000 лет до нашей эры. В прежние времена органические красители добывались исключительно из организмов животных и растений. Например, из листьев тропического растения индигоферы, растущего в Индии, выделяли фиолетово – синий краситель – индиго. Из листьев рода лавсония (хенна) семейства дербенниковых и поныне выделяют хну – краску красно – оранжевого цвета, хну зелёного цвета получают из высушенных и протертых листьев калины, которые широко используют для укрепления и окраски волос. Для окрашивания шёлка, бумаги, древесины и пищевых продуктов китайцы с древних времён используют краситель куркумин, содержащийся в корневищах и стеблях растений рода куркума (карри). В России издавна для крашения тканей, яиц на пасху используют шелуху лука, листвяную кору, берёзовые веники, сон – траву (подснежники); цветки ноготков, ягоды можжевельника и другие красители, выделяемые из растений, произраставших в наших климатических условиях.

Цвет красок преимущественно обусловливают входящие в их состав пигменты (от лат. «Pigmentum» - краски). Пигменты бывают разные: природные и синтетические, органической и неорганической природы, хроматические (от греч. «croma» - цвет) и ахроматические. Ахроматические пигменты определяют белую и чёрную окраски, а также всю лежащую между ними серую цветную гамму.

Пигменты, в биологии – окрашенные вещества тканей организмов, участвующих в их жизнедеятельности. Обусловливают окраску организмов; у растений участвуют в фотосинтезе (хлорофиллы, каротиноиды), у животных – в тканевом дыхании (гемоглобины), в зрительных процессах (зрительный пурпур), защищают организм от вредного действия ультрафиолетовых лучей (у растений – каротиноиды, флавоноиды, у животных – главным образом меланины). Некоторые пигменты применяют в пищевой промышленности и медицине.

5

Пигменты (от лат. «Pigmentum» - краска), в химии – окрашенные химические соединения, применяемые в виде тонких порошков для крашения пластмасс, резины, химических волокон, изготовление красок. Подразделяются на органические и неорганические. Из органических наиболее важны азопигменты. Пигменты фталоцианиновые и полициклические. К пигментам относят также органические лаки.

Неорганические пигменты делятся на природные и искусственные (сажа, ультрамарин, белила и др.). Краски минеральные ( природные), природные пигменты (охры, жёлтый сурик, киноварь, мумие, мел, ляпис – лазурь и др.), используемые для окраски материалов.

Растительные краски не хранятся долго, как анилиновые, поэтому их не применяют в промышленности. Красители используют не только для окраски тканей, но и для приготовления напитков, кремов, карамели. Многие овощи обязаны своей окраской пигментам – каротиноидам. Многочисленные представители семейства каротинов отличаются друг от друга составом и строением молекул, что влияет на оттенки их окраски, но у всех у них есть одно общее свойство – растворимость в жирах.

С развитием химии природные красители стали вытеснять синтетическими. В ниши дни насчитывается более 15000 красителей самых различных оттенков принадлежащих к рахным классам соединениям.

1.2. Понятие об индикаторах.

Индикаторы – значит «указатель». Это вещества, которые меняют цвет в зависимости от того, попали они в кислоту, щелочную или нейтральную среду. Больше всего распространены индикаторы – лакмус, фенолфталеин метилоранж.

Самым первым появился кислотно-основной индикатор лакмус. Лакмус – водный настой лакмусового лишайника, растущего на скалах в Шотландии.

Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский физик и химик Роберт Бойль. Бойль проводил различные опыты. Однажды, когда он проводил очередное исследование, зашёл садовник. Он принёс фиалки. Бойль любил цветы, но ему необходимо было проводить эксперимент. Бойль оставил цветы на столе. Когда учёные закончил свой опыт он случайно посмотрел 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. Бойль заинтересовался и проводил опыты с цветками. В некоторых стаканах цветы немедленно начинали краснеть. Учёный понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе.

6

Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обыкновенные бумажные полоски.

Дождался, когда они пропитаются настоем, а затем высушил их.

 Эти хитрые бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», т.к. они указывают на среду раствора. Именно индикаторы помогли учёному открыть новую кислоту – фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде.

1.3. Классификация школьных индикаторов и способы их использование.

Индикаторы имеют различную классификацию. Одни из самых распространенных – кислотно-основные индикаторы, которые изменяют цвет в зависимости от кислотности раствора. В наше время известны несколько сот искусственно синтезированных кислотно-основных индикаторов,  с некоторыми из них можно познакомиться в школьной химической лаборатории.

Фенолфталеин (продается в аптеке под названием "пурген") - белый или белый со слегка желтоватым оттенком мелкокристаллический порошок. Растворим в 95 % спирте, практически не растворим в воде. Бесцветный фенолфталеин в кислой и нейтральной среде бесцветен, а в щелочной среде окрасится в малиновый цвет. Поэтому фенолфталеин используется для определения щелочной среды.

Метиловый оранжевый - кристаллический порошок оранжевого цвета.  Умеренно растворим в воде, легко растворим в горячей воде, практически нерастворим в органических растворителях. Переход окраски раствора от красной к желтой.

Лакмоид (лакмус) - порошок черного цвета. Растворим в воде, 95 % спирте, ацетоне, ледяной уксусной кислоте. Переход окраски раствора от красной к синей.

Индикаторы обычно используют, добавляя несколько капель водного или спиртового раствора, либо немного порошка к исследуемому раствору.

Другой способ применения - использование полосок бумаги, пропитанных раствором индикатора или смеси индикаторов и высушенных при комнатной температуре. Такие полоски выпускают в самых разнообразных вариантах - с нанесенной на них цветной шкалой - эталоном цвета или без него.

Если нет настоящих химических индикаторов, для определения кислотности среды можно успешно применять… домашние, полевые и садовые цветы и даже сок многих ягод – вишни, чёрноплодной – рябины, смородины. Розовые, малиновые или красные цветы герани, лепестки пиона или цветного горошка станут голубыми, если опустить из в щелочной раствор.

7

Так же посинеет в щелочной среде сок вишни и смородины. Наоборот, в кислоте те же «реактивы» примут розово – красные цвет.

Все краски  растений,  от оранжевой и красной до

синей, определяется наличием пигментов группы  антоцианов .

 Антоцианы

 обладают хорошими индикаторными свойствами. Они входят в

состав всех окрашенных частей растения.

Антоцианы – это пигментные вещества, относящиеся к

биохимической группе гликозидов. Именно они окрашивают в фиолетовый,

синий, сизый и темно-красный цвета листву и плоды многих растений. В

очень небольшом количестве антоцианы присутствуют даже в тех растениях,

цвет которых далек от фиолетового и красного. Например, в грушах, бананах

и картофеле тоже есть этот природный пигмент. Но лидерами по содержанию

антоцианов являются ягоды: ежевика, черника, голубика, бузина, клюква,

черноплодная рябина, ирга. В садовой вишне тоже есть антоцианы, притом

их больше в темных и кислых сортах, чем в сладких и ярко-красных

       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.

8

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

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

9

1.4. Водородный показатель.

Водородный показатель (pH) – это величина, характеризующая концентрацию ионов водорода в растворе.

pH – величина ВП;  pH (- сила водорода); pH ( - вес водорода)

Интервал в водных растворах 0-14 pH

В чистой воде и нейтральных растворах  pH=7, в кислых pH<7, в щелочных pH >7

10

ΙΙ. Практическая часть

2.1.Методика изготовления природных индикаторов.

Для приготовления индикаторов из растительного сырья рекомендуется,

использовать окрашенные растения или их части. Выбор растительного

материала для приготовления индикаторов неограничен. Существуют

различные способы приготовления индикаторов. Рассмотрим те, которые

мною использовались.

1. Индикатор из сока свеклы можно получить следующим образом: 40-50

граммов мелко нарезанной свеклы залила 25 мл этилового спирта,

осторожно прокипятила, отфильтровала – индикатор готов.

2. Индикатор можно готовить не только из свежего сырья, но и из сушѐнного.

Тонко измельчила высушенный растительный материал и взяла 25 – 30

грамм, залила 25% водным раствором аммиака (120 – 150 мл). Необходимо настаивать 6 часов.

3. 50г свежих плодов размельчила в ступке, залила 200мл воды и кипятила в

течение 2-3минут. Затем охлаждѐнный и отфильтрованный раствор

разбавила спиртом в соотношении 2:1 с целью предохранения раствора от

порчи.

 Аналогично приготовила вытяжки из лепестков цветов.

4. Можно использовать сушеные ягоды, получая из них настои: для этого

измельченный материал нужно залить водой и дать постоять некоторое

время при комнатной температуре. Окрашенный раствор отфильтровать и

использовать как индикатор. Многие ягоды сохраняют свои свойства, если их

поместить в сахарный сироп.

11

5. Приготовление индикатора из варенья.

 Взяла варенье, добавила 10 мл

воды и настаивала в течение 30 мин. Затем отфильтровала раствор через

бумажный фильтр в чистую пробирку.

Для приготовления индикаторной бумаги, я в приготовленную

вытяжку опустила сухую фильтровальную бумагу на 10 – 12 минут, пока

красящее вещество не адсорбируется целлюлозой. При необходимости эту

процедуру повторяют 2 – 3 раза. Затем бумагу промыла и высушила, не

допуская попадания яркого света. Сухую бумагу разрезала. Хранить в пакете.

Эксперимент:

«Приготовление индикатора из сахарной свеклы  и изучение его свойств».

Оборудование:

1.        свёкла

2.        ступка с пестиком

3.        стакан

4.        тёрка

5.        спирто-водная смесь

6.        воронка

7.        марлевый фильтр

8.        штатив с пробирками

9.        раствор кислоты

10.        раствор щёлочи

Методика проведения эксперимента:

Для эксперимента я выбрала свёклу средних размеров, очистила её от кожуры и натерла на тёрке небольшое количество. Измельчила протёртую свёклу в ступке, добавила немного спирто-водной смеси (1:1) и полученную смесь профильтровала через марлевый фильтр. Получила вытяжку бордового цвета.

12

Чтобы узнать, какой отвар служит индикатором на ту или иную среду и как изменяется его цвет, надо было провести испытание.

Я взяла пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавила их поочередно в кислый или щелочной раствор.

Кислым раствором служил столовый уксус, а щелочным — раствор пищевой соды.

Если, к примеру, добавить к ним ярко-бордовый отвар из свёклы, то под воздействием уксуса он станет красным, соды — красно-фиолетовым, а в воде – бледно-розовым, т.к. в воде среда нейтральная.

Виноградный сок: в кислоте – красный, в растворе пищевой соды (щелочная среда) - зеленый, а в воде (нейтральная среда)- розовый

Чай черный – в кислоте поменял цвет на желтый, в растворе пищевой соды на темно-коричневый, в воде - коричневый

Результаты всех этих опытов тщательно записывали в таблицу №1

2.2.1. Химические опыты с продуктами питания.

Я решила с помощью природного индикатора – отвара свёклы – проверить кислотность среды молока 2,5%  разных марок.  В молоко добавили несколько капель отвара свёклы.

Таблица №2

2.2.2. Химические опыты с моющими средствами.

Далее я решила проверить среду разных марок мыла. Для этого исследовала  мыло «Детское», хозяйственное мыло и цветочное.  Сначала приготовили растворы этих моющих средств. В каждый раствор добавила индикатор – отвар свёклы. В хозяйственном мыле индикатор стал фиолетовым, а в мыле «детском» – розовым, а в «Цветочном» - розово-фиолетовым Значит в хозяйственном мыле сильно - щелочная среда, а мыло «Детское» имеет нейтральную среду, мыло «Цветочное» - слабо-щелочная среда Очень большое содержание щелочи в мыле наносит большой вред коже рук. В «хозяйственном мыле» большое содержание щелочи, в то время как в мыле «Детское» самое низкое содержание щелочи (нейтральная среда). Из этого можно сделать вывод: в мыле «Детское»  является более безопасным для кожи рук.

Таблица №3

13

Выводы.

Изучая индикаторы, я пришла к таким выводам:

1.        Кислотно-основные индикаторы необходимы в химическом анализе, для определения среды растворов.

2.        Существуют природные растения, которые проявляют свойства кислотно-основных индикаторов.

3.        В качестве природных индикаторов можно использовать ярко окрашенные   плоды  свёклы, чая и виноградный сок.

4.        Растворы природных индикаторов можно приготовить  и использовать в домашних условиях.

5.        Природные индикаторы также являются вполне «точными»     определителями кислотности жидкостей, как и наиболее «профессиональные» индикаторы: лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый.

6.        Красящие вещества растений в кислой среде дают оттенки красных тонов, в щелочной среде – фиолетовый, а в нейтральной – розовый.

14

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.

15

Литература

1. Ветчинский К. М. Растительный индикатор. М.: Просвещение, 2002. – 256с.

2. Вронский В. А. Растительный индикатор. - СПб.: Паритет, 2002. – 253с.

3. Меженский В.Н. Растения-индикаторы. М.: ООО «Издательство ACT»;

Донецк: «Сталкер», 2004 — 76 с.

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

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

энциклопедия.

6. http://www. moizveti.ucoz.ru/. Мой цветочный мир.23

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

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

9. http://www.pereplet.ru/nauka/Soros/pdf/0007_047.pdf

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

16

Приложение

Таблица 1

Исследование среды растворов растительными индикаторами

17

Таблица 2

Исследование среды пищевых продуктов

18

Таблица 3

Исследование среды моющих средств

19