Самодельные индикаторы вч поля. Зеленая яичница, или индикаторы на кухне

Настроение сейчас -

Индикатор напряженности поля может потребоваться при налаживании радиостанции или передатчика, если нужно определить уровень радиосмога и найти его источник или при поиске и обнаружении скрытых передатчиков ("шпионских радиомикрофонов"). Можно обойтись без осциллографа, даже можно обойтись без тестера, но без индикатора ВЧ поля, никогда! При кажущейся простоте - это прибор, который обладает исключительной надежностью и работает безотказно в любых условиях. Самое прекрасное, что настраивать его практически не надо (если выбраны те компоненты, которые указаны в схеме) и ему не требуется никакого внешнего питания.


схему можно сделать еще проще - и все равно будет прекрасно работать...

Как работает схема?
Сигнал с передатчика с антенны W1, через конденсатор С1 поступает на диодный детектор на VD1 и VD2, построенный по схеме удвоения напряжения. В результате на выходе детектора (правый конец диода VD2) формируется постоянное напряжение, пропорциональное интенсивности сигнала, поступающего на антенну W1. Конденсатор С2 является накопительным (если бы мы говорили о блоке питания, про него сказали «сглаживает пульсации»).

Далее продетектированное напряжение поступает либо на индикатор на светодиоде VD3, либо на амперметр, либо на вольтметр. Перемычка J1 нужна для того, чтобы было возможно отключать светодиод VD3 во время проведения измерений по приборам (он, естественно вносит сильные искажения, причем нелинейные), но в большинстве случае его можно и не отключать (если измерения носят относительный характер, а не абсолютный)
Конструкция.
От конструкции зависит очень много, прежде всего необходимо решить как вы будете использовать данный индикатор: как пробник, или как измеритель интенсивности электромагнитного поля. Если как пробник, то можно ограничится только установкой светодиода VD3. Тогда при поднесении данного индикатора к антенне передатчика он будет гореть, чем ближе к антенне, тем сильнее. Такой вариант я очень рекомендую сделать все, чтобы иметь в кармане, для «полевых испытаний аппаратуры» - элементарно просто поднести его к антенне передатчика или радиостанции, чтобы убедиться, что ВЧ часть работает.
Если необходимо измерять интенсивность (т.е. давать численные значения – это необходимо будет при настройке ВЧ-модуля), необходимо будет ставить либо вольметр, либо амперметр. На фотографиях ниже представлен гибридный вариант.

Что касается деталей, то особых требований нет. Конденсаторы самые обычные, можно SMD, можно обычные в выводных корпусах. Но, хочу предупредить схема очень чувствительна к типам диодов. С некоторыми может вообще не работать. На схеме представлены те типы диодов, с которыми она гарантированно работает. Причем лучший результат дали старые германиевые диоды Д311. При их использовании схема работает до 1 гГц (проверено!), во всяком случае какое-то напряжение на выходе разглядеть можно. Если сразу не заработало – ОБЯЗАТЕЛЬНО попробуйте другую пару диодов (как одного типа, так и разных), т.к. часто результат работы меняется в зависимости от экземпляра.
Приборы амперметр на ток до 100 мкА или вольтметр до 1 В, можно до 2-3 В.

Налаживание.
Налаживание, в принципе не требуется, все должно работать. Цель налаживания проверка работоспособности – увидеть отклонение стрелки прибора, или зажигания светодиода. Но, все-таки, я бы рекомендовал попробовать даже нормально работающий индикатор в разными типам диодов, имеющихся в наличии – может существенно увеличиться чувствительность. В любом случае надо добиваться максимального отклонения стрелки прибора
Если у вас еще не собран передатчик или у вас просто нет доступа к чему-то работающему и дающему хорошее ВЧ-поле (например, ВЧ генератора, типа Г4-116) то, чтобы проверить работу пробника можно съездить в Останкино (метро «ВДНХ») или на Шаболовскую (метро «Шаболовская»). В Останкино этот индикатор работает даже в троллейбусе, когда проезжаешь мимо башни. На Шаболовской, надо подойти почти вплотную к самой башне. Иногда источником мощных ВЧ полей служит бытовая аппаратура, если антенну пробника расположить около сетевого провода мощной нагрузки (например, утюга или чайника), то путем периодического включения-выключения можно тоже добиться отклонения стрелки прибора. Если у кого-то есть радиостанция, то для проверки работы она вполне подойдет тоже (надо его поднести к антенне, пока радиостанция находится в режиме передачи). В качестве другого варианта можно – можно использовать сигнал к кварцевого генератора от какой-либо бытовой аппаратуры (например, видеоигры, компьютера, видеомагнитофона) – для этого надо «внутри этой аппаратуры» найти кварцевый резонатор на частоту от 0.5 мГц до 70 мГц и просто прикоснуться антенной W1 к одному из его выводов (либо поднести к одному из выводов).
Столь подробное описание проверки работы пробника носит только одну цель – до постройки ВЧ модуля передатчика надо быть на 100% уверенным, что ВЧ индикатор работоспособен! ЭТО ОЧЕНЬ ВАЖНО! Пока не убедитесь, что ВЧ индикатор работает приниматься за постройку передатчика бесполезно.
Так это может выглядеть (видно, что горит VD3, естественно J1 подключена и подключен вольтметр на диапазон 2.5 В):

Перспективы и использование.
Для налаживания передатчика вместо жесткой антенны можно использовать гибкий, многожильный. При этом можно либо просто припаивать его к измеряемым точкам схемы, либо если другим проводом массу индикатора (точку соединения VD1, С2, VD3) соединить с массой налаживаемой ВЧ системы просто подносить этот гибкий антенный провод к тестовой точке или контуру (не припаивая). Если на контуре нет экрана – иногда бывает достаточно просто поднести антенный провод индикатора к катушке контура. В данном случае все зависит от интенсивности ВЧ напряжения в измеряемой системе.
Вместо амперметра или вольтметра можно попробовать подключить наушники – тогда можно будет услышать сигнал передатчика, так например, рекомендуется делать в книге Борисова «Юный радиолюбитель».
Этот же пробник (если подключен вольтметр), зная частоту на которой работает ВЧ система может помочь довольно точно измерить мощность сигнала. При этом надо снять показания прибора на минимально возможном расстоянии от антенны, затем чуть дальше (измерив это расстояние линейкой), затем подставив в формулу (ее надо поискать в справочниках - на память я не помню) получить значение в dB. Естественно, то желательно данную операцию провести, например, с радиостанцией мощность которой известна, и только потом измерять мощность неизвестно источника. Конечно надо учитывать, что частоты эталонной радиостанции и вашего источника одни и те же, т.к. хоть в нашем случае в описанном пробнике нет входного контура он все же обладает частотоизбирающими свойствами за счет конструкции (длина антенны, емкости монтажа и т.д.)

Растворы всех кислот и щелочей бесцветны, большинство из них не пахнут. Как же тогда можно определить, что в одном сосуде находится кислота, а в другом – щёлочь? Попробуем провести такой опыт. Разольём заваренный чай в два стакана. В один из них положим кусочек лимона, и мы увидим, что чай побледнел. В другой стакан добавим немного питьевой соды. Размешаем соду в стакане с чаем, мы увидим, что чай потемнел. Как объяснить эти результаты с точки зрения химии? Оказывается, чай указывает нам, что в лимоне есть кислота, а сода в соединении с водой образует щёлочь! Такой способностью подсказывать людям, где кислота, а где щёлочь обладают многие красители. Все они имеют специальное название – индикаторы, что означает – указатели.

По мере развития производственной и научной деятельности человека было создано огромное множество разнообразных индикаторов. Общая задача их – контролировать процесс или изменение состояния наблюдаемого объекта в форме, удобной для человеческого восприятия. В химической лаборатории или на заводе индикаторы в наглядной и доступной форме расскажут о том, прошла ли до конца химическая реакция или нет, достаточно добавлено одного реактива к другому или нужно ещё добавить. Чаще всего химики пользуются индикаторами, которые переменой цвета сообщают о величине концентрации водородных ионов в растворах, их называют кислотно-основными. Лакмус и фенолфталеин, сок красной капусты, вишни и черноплодной рябины, а также множество других красителей тонко реагируют на изменение концентрации ионов водорода в растворе. Но существуют индикаторы и других типов: окислительно-восстановительные, комплексонометрические, адсорбционные, хемилюминесцентные. Индикаторы всех этих пяти групп информируют химиков о том, как далеко зашли изменения в реакционной системе. Некоторые из них даже начинают светиться под действием происшедших в растворе изменений. Индикаторы действуют безотказно и отличаются большой чувствительностью.

История возникновения индикаторов.

История открытия лакмуса.

История открытия вещества, о котором пойдёт речь, началась в XVII веке в лаборатории известного английского физика и химика Роберта Бойля (1627-1692). В лаборатории, как обычно, кипела напряжённая работа: горели свечи, в ретортах нагревались разнообразные вещества. В кабинет к Бойлю вошел садовник и поставил в углу корзину с великолепными тёмно-фиолетовыми фиалками. В это время Бойль собирался проводить опыт по получению серной кислоты. Восхищённый красотой и ароматом фиалок, учёный, захватив с собой букетик, направился в лабораторию. Его лаборант Уильям сообщил Бойлю, что вчера доставили две бутылки соляной кислоты из Амстердама. Бойлю захотелось взглянуть на эту кислоту, и, чтобы помочь Уильяму налить кислоту, он положил фиалки на стол. Затем он взял со стола букетик и отправился в кабинет. Здесь Бойль заметил, что фиалки слегка дымятся от попавших на них брызг кислоты. Чтобы промыть цветы, Бойль опустил их в стакан с водой. Через некоторое время он бросил взгляд на стакан с фиалками, и случилось чудо: тёмно-фиолетовые фиалки стали красными. Естественно, Бойль, как истинный учёный, не мог пройти мимо такого случая и начал исследования.

Он обнаружил, что и другие кислоты окрашивают лепестки фиалок в красный цвет. Учёный подумал, что если приготовить из лепестков настой и добавить немного к исследуемому раствору, то можно будет узнать, кислый он или нет. Бойль начал готовить растворы из целебных трав, древесной коры, корней растений. Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из лакмусового лишайника. Кислоты изменили его цвет на красный, а щёлочи – на синий. Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить её. Так была создана первая лакмусовая бумажка, которая теперь имеется в любой химической лаборатории. Клочок такой бумажки, погружённый в испытуемый раствор, изменяет цвет и показывает, кислый это раствор или щелочной. Таким образом, было открыто одно из первых веществ, которые Бойль уже тогда назвал индикаторами. Слово индикатор в переводе с латыни означает «указатель».

Фенолфталеин – кислотно-основный индикатор.

Фенолфталеин – бесцветное кристаллическое органическое вещество сложного строения. Фенолфталеин мало растворим в воде и хорошо растворяется в этиловом спирте. Он может служить кислотно-основным индикатором: его раствор, бесцветный в нейтральной и кислотной средах, в щелочной среде становится малиновым. Раствор фенолфталеина для химических опытов обычно содержит 0,1 г этого индикатора в 125 мл этилового спирта и 25 мл воды. Фенолфталеин – это не только индикатор, но и лекарственное средство (сильное слабительное – пурген) и поэтому продаётся в аптеке. Синтез фенолфталеина впервые осуществил в 1871 году немецкий химик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии.

Кислотно-основные индикаторы.

Каждому школьнику хорошо знаком лакмус – с его помощью определяют кислотность среды. Это вещество является кислотно-основным индикатором, то есть обладает способностью обратимо изменять окраску в зависимости от кислотности раствора: в кислой среде лакмус становится красным, а в щелочной – синим. В нейтральной среде лакмус фиолетовый – это сочетание равных количеств синего и красного. Хотя лакмус уже в течение нескольких столетий верно служит людям, его состав так до конца и не изучен. В этом нет ничего удивительного: ведь лакмус – это сложная смесь природных соединений. Он был известен уже в Древнем Египте и в Древнем Риме, где его использовали в качестве фиолетовой краски – заменителя дорогостоящего пурпура. Лишь в начале XIV века во Флоренции вновь была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу, причём способ её приготовления в течение многих лет держали в секрете. Готовили лакмус из специальных видов лишайников. Измельчённые лишайники увлажняли, а затем добавляли в эту смесь золу и соду. Приготовленную таким образом густую массу помещали в деревянные бочки, добавляли мочу и выдерживали длительное время. Постепенно раствор приобретал тёмно-синий цвет. Его упаривали и в таком виде применяли для окрашивания тканей.

Похожее на орсейль красящее вещество было выделено в XVII веке из гелиотропа – душистого садового растения с тёмно-лиловыми цветками. Знаменитый физик и химик Роберт Бойль писал о гелиотропе: «Плоды этого растения дают сок, который при нанесении на бумагу или материю имеет сначала ярко-зелёный цвет, но неожиданно изменяет его на пурпурный. Если материал замочить в воде и отжать, вода окрашивается в винный цвет; такие виды красителя есть у аптекарей, в бакалейных лавках и других местах, которые служат для окраски желе, или других веществ, кто как хочет». С того времени орсейль и гелиотроп стали использовать в химических лабораториях. И лишь в 1704 году немецкий учёный М. Валентин назвал эту краску лакмусом. В некоторых странах краску, сходную с лакмусом, добывали и из других растений. Простейшим примером служит свекольный сок, который также изменяет цвет в зависимости от кислотности среды.

В XIX веке на смену лакмусу пришли более прочные и дешёвые синтетические красители, поэтому использование лакмуса ограничилось лишь грубым определением кислотности среды. Для этой цели служат полоски фильтровальной бумаги, пропитанные раствором лакмуса. На смену лакмусу в аналитической химии пришёл лакмоид – краситель резорциновый синий, который отличается от природного лакмуса по строению, но сходен с ним по окраске: в кислой среде он красный, а в щелочной – синий.

В наши дни известны несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных начиная с середины XIX века. С некоторыми из них можно познакомиться в школьной химической лаборатории. Индикатор метиловый оранжевый (метилоранж) в кислой среде красный, в нейтральной – оранжевый, а в щелочной – жёлтый. Более яркая цветовая гамма свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной – жёлтый, а в щелочной – синий. Индикатор фенолфталеин (он продаётся в аптеке под названием «пурген») в кислой и нейтральной средах бесцветный, а в щелочной имеет малиновую окраску. Поэтому фенолфталеин используют лишь для определения щелочной среды. В зависимости от кислотности среды изменяет свою окраску и краситель бриллиантовый зелёный (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – «зелёнка»). Для того чтобы проверить это, надо приготовить разбавленный раствор бриллиантового зелёного: налить в пробирку несколько миллилитров воды и добавить в неё одну-две капли аптечного препарата. Раствор приобретает красивый зелёно-голубой цвет. В сильнокислой среде его окраска сменится жёлтой, а в сильнощелочной раствор обесцветится.

Однако наиболее часто в лабораторной практике используется универсальный индикатор – смесь нескольких кислотно-основных индикаторов. Он позволяет легко определять не только характер среды (кислая, нейтральная, щелочная), но и значение кислотности раствора.

Таблица №1.

Шкала цветовых переходов кислотно-основных индикаторов.

название индикатора нейтральная среда кислотная среда щелочная среда лакмус фиолетовый красный синий тимоловый синий жёлтый малиново-красный синий метиловый оранжевый оранжевый красно-розовый жёлтый фенолфталеин бесцветный бесцветный малиновый универсальный жёлтый оттенки красного оттенки синего

Экспериментальная часть.

Правила техники безопасности в домашней лаборатории.

Представить себе химию без химических опытов невозможно. Поэтому изучить эту науку, понять её законы и, конечно, полюбить её можно только через эксперимент. Сложилось мнение, что химический эксперимент – это сложное оборудование и недоступные реактивы, ядовитые соединения и страшные взрывы и для занятий химией необходимы особые условия. Тем не менее, более 300 химических опытов с самыми различными веществами можно выполнить в домашних условиях. В связи с тем, что в домашней лаборатории нет вытяжного шкафа и других специальных устройств, необходимо строго соблюдать правила техники безопасности:

2. Нельзя накапливать и хранить дома большие количества реактивов.

3. Химические реактивы и вещества должны иметь этикетки с названиями, концентрацией и сроком изготовления.

4. Химические вещества нельзя пробовать на вкус.

5. Для определения запаха нельзя сосуд с веществом близко подносить к лицу. Нужно ладонью руки сделать несколько плавных взмахов от отверстия сосуда к носу.

6. Если пролилась кислота или щелочь, то вещество предварительно нейтрализуют или засыпают песком и удаляют тряпкой или собирают в совок.

7. Перед проведением эксперимента, каким бы простым он ни казался, нужно внимательно прочесть описание опыта и понять свойства применяемых веществ. Для этого есть учебники, справочники и другая литература.

Приготовление индикаторов из растительного сырья.

Во многих плодах и цветах содержатся красители, которые изменяют свой цвет в зависимости от кислотности среды. Удивительное многообразие цветов в природе создаётся простыми средствами, находящимися в «химическом отделе» фабрики растительного мира, - двумя видами пигментов. Первый вид – ксантины (каротин, ксантофилл, флавоны), окрашивают лепестки цветов в жёлтый, оранжевый цвета; второй – антоцианы, придающие лепесткам красный, голубой и фиолетовый цвета.

Стоит отметить, что пигменты растений могут быть химическими индикаторами. В качестве индикаторов можно использовать также свекольный, капустный, вишнёвый и виноградный соки, а также заварку. Растворы индикаторов надо готовить прямо перед опытом, потому что они быстро портятся.

Получение индикатора из краснокочанной капусты.

Оборудование:

Краснокочанная капуста, спирт, вода, ступка с пестиком, раствор соляной кислоты, раствор гидрокарбоната натрия, штатив с пробирками, марлевый фильтр.

Измельчаем лист краснокочанной капусты и растираем его в ступке с небольшим объёмом спирто-водной смеси (1:1). Вытяжка приобретает фиолетовый цвет, поскольку из капустной ткани экстрагируется рубробрассицин. Это и есть кислотно-щелочной индикатор растительной природы. Приготовим 4 пробирки: первая – с раствором соляной кислоты, капустный индикатор в этой пробирке ярко-красный цвет; вторая – просто с водой – цвет фиолетовый; третья – со слабым раствором гидрокарбоната натрия – цвет синий; четвёртая – с раствором щёлочи, приобретает зелёный цвет.

Получение индикатора из сока сахарной свёклы.

Оборудование:

Сахарная свёкла, нож, тёрка, кастрюля, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, штатив с пробирками, раствор соляной кислоты, раствор гидроксида натрия.

Методика проведения эксперимента:

Очистим свёклу от кожуры, отрежем кусочек весом 5-10 грамм. Данный кусочек прокипятим в 100 мл воды в течение 5-10 минут. Протрём кусок свёклы на терке, измельчим в ступке и отфильтруем полученный настой. Фильтрат приобретает бордовый цвет. Приготовим 2 пробирки с растворами кислоты и щёлочи, добавим к содержимому пробирок по несколько капель полученного индикатора. В растворе кислоты свекольный индикатор приобретает малиновую окраску, а в растворе щёлочи становится жёлто-коричневым.

Получение индикатора из клюквы.

Оборудование:

Клюква, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, мел, спирт, вода, штатив с пробирками, растворы соляной кислоты и гидроксида натрия.

Методика проведения эксперимента:

Ягоды клюквы разотрём в ступке с небольшим количеством чистого речного песка и добавим несколько миллилитров спирта. Необходимым условием является экстракция пигмента (краски) данным растворителем. После этого экстракт нейтрализуем мелом, так как сок клюквы содержит природные кислоты. Профильтруем полученную смесь через марлевый фильтр. Вытяжка приобретает красный цвет. Приготовим пробирки с растворами кислоты и щёлочи и добавим в каждую по несколько капель клюквенного индикатора. В растворе с кислотой индикатор приобретает алую окраску, а в растворе со щёлочью – синюю.

Получение индикатора из чёрного винограда.

Оборудование:

Чёрный виноград, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, мел, спирт, вода, штатив с пробирками, раствор уксусной кислоты, раствор питьевой соды.

Методика проведения эксперимента:

С ягод чёрного винограда осторожно снимаем кожицу и измельчаем её в ступке с пестиком, добавляем несколько миллилитров спирта. Необходимым условием является экстракция пигмента (краски) данным растворителем. После этого экстракт нейтрализуем мелом, так как сок винограда содержит природные кислоты. Профильтруем полученную смесь через марлевый фильтр. Вытяжка приобретает бордово-красный цвет. Приготовим пробирки с растворами уксусной кислоты и питьевой соды и добавим в каждую по несколько капель виноградного индикатора. В растворе с кислотой индикатор приобретает красную окраску, а в растворе со щёлочью – жёлто-зелёную.

Получение индикатора из цветков домашней фиалки.

Оборудование:

Домашняя фиалка, ступка с пестиком, стакан, воронка, марлевый фильтр, спирт, вода, штатив с пробирками, раствор соляной кислоты, раствор гидроксила натрия.

Методика проведения эксперимента:

Сорвём несколько цветков с комнатного растения – фиалка. Измельчим цветки в ступке с небольшим количеством чистого речного песка и добавим несколько миллилитров спирто-водной смеси (1:1). Полученную смесь отфильтруем в стакан. Вытяжка приобретает сиреневый цвет. Приготовим пробирки с растворами соляной кислоты и гидроксида натрия, добавим в каждую пробирку по несколько капель фиалкового индикатора. В растворе с кислотой индикатор приобретает розовый цвет, а в растворе со щёлочью – зелёный.

Для проведения опытов целесообразно приготовить индикаторные бумажки. Полученными вытяжками из соков овощей, ягод и цветков пропитаем полоски фильтровальной (промокательной) бумаги, которые затем высушим в тени и сохраним в тёмных плотно закрытых склянках, на которых приклеим этикетки с названиями растений. Эти индикаторные бумажки можно использовать в школе при проведении лабораторных опытов. Результаты экспериментов оформляем в виде таблицы.

Получение индикатора фенолфталеина.

Оборудование:

Лекарственное вещество – пурген, спирт, вода, стакан, ступка с пестиком, штатив с пробирками, раствор соляной кислоты, раствор гидроксида натрия.

Методика проведения эксперимента:

Разотрём в ступке одну таблетку лекарственного вещества – пургена, размешаем с несколькими каплями спирта и разведём водой до 20-30 мл. Приготовим пробирки с растворами соляной кислоты и гидроксида натрия, добавим в каждую пробирку по несколько капель полученного индикатора. В растворе с кислотой индикатор остаётся бесцветным, а в растворе со щёлочью приобретает малиновую окраску.

Реакция нейтрализации.

Оборудование:

Пробирка, гидроксид натрия, соляная кислота, фенолфталеин.

Методика проведения эксперимента:

В пробирку прильём 1 мл раствора гидроксида натрия и добавим несколько капель фенолфталеина, раствор приобретает малиновую окраску. К полученному раствору будем по каплям приливать соляную кислоту. При добавлении кислоты окраска раствора исчезает, так как среда становится нейтральной, то есть протекает реакция нейтрализации.

Лакмус для цветов.

Оборудование:

Семь бумажных цветов из фильтровальной бумаги, раствор лакмуса, семь стаканчиков, уксусная кислота, лимонная кислота, питьевая сода, стиральный порошок, кальцинированная сода, нашатырный спирт, шампунь, вода.

Методика проведения эксперимента:

Среди веществ, которые можно найти дома на кухне, в аптечке или ванной комнате, есть кислоты и основания. Чтобы определить, какая среда в растворе (кислотная или щелочная) будем использовать индикатор – раствор лакмуса. Лакмус синеет в щелочной среде и становится красным в кислотной.

Сделаем из фильтровальной бумаги семь бумажных цветов (роз) и опустим их поочерёдно в раствор лакмуса. В нейтральной среде этот раствор фиолетовый.

Приготовим в стаканчиках водные растворы «домашних» реактивов: уксусной кислоты, лимонной кислоты, питьевой соды, нашатырного спирта, кальцинированной соды, стирального порошка, шампуня. В каждый из приготовленных растворов по очереди опускаем «лакмусовую» бумажную розу и обращаем внимание, как изменится её цвет. Таким образом, мы определяем, какие из домашних химических веществ кислоты, а какие- щёлочи. Результаты эксперимента оформляем в виде таблицы.

Занимательный эксперимент.

Оборудование:

Фильтровальная бумага, проволока, банка с крышкой, медный купорос, фенолфталеин, нашатырный спирт.

Методика проведения эксперимента:

Из фильтровальной бумаги и проволоки готовим два цветочка: розу и василёк. Бумажную розу необходимо пропитать раствором медного купороса, а бумажный василёк – спиртовым раствором фенолфталеина. Красиво разместим влажные цветы в банке, вольём в неё 10 мл нашатырного спирта и закупорим горловину крышкой. Через несколько минут роза станет ярко-синей (васильковой), так как медный купорос образует с аммиаком комплекс интенсивно-синего цвета. А василёк станет розово-малиновым, так как индикатор фенолфталеин в щелочной среде окрашивается в малиновый цвет.

Секретные чернила.

Оборудование:

Белый лист бумаги, раствор фенолфталеина, ручка с пером.

Методика проведения эксперимента:

На белом листе бумаги обычным пером пишут какой-нибудь текст, но вместо чернил берут спиртовой раствор фенолфталеина. Спирт быстро испаряется с бумаги, а фенолфталеин остаётся невидимым. По внешнему виду бумага кажется совершенно чистой. Для того чтобы прочитать текст необходимо приготовить раствор, имеющий щелочную среду (раствор гидроксида натрия, питьевой или кальцинированной соды или использовать нашатырный спирт)

Выводы по работе.

В ходе выполнения учебно-исследовательской работы, мы выяснили, что такое индикаторы, познакомились с их классификацией, историей открытия и способами получения. Экспериментальную часть работы мы выполняли дома и в школьной лаборатории. В ходе выполнения экспериментов, мы освоили методику получения природных индикаторов из растительного сырья, а также составили экспериментальную шкалу цветовых переходов природных индикаторов в различных средах. Мы считаем, что полученные нами индикаторы имеют преимущества перед синтетическими, потому что они дешёвые и доступные; но у них есть и существенные недостатки. Основной недостаток природных индикаторов – их сезонность и невозможность заготовить впрок: растворы довольно быстро скисают или плесневеют, теряют свои свойства. Другой, но не такой существенный недостаток – слишком медленное, постепенное изменение цвета при добавлении кислоты к щелочному раствору или наоборот. К тому же трудно бывает отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, резко меняющие свой цвет уже при небольшом изменении кислотности.

А также мы поняли, что химия – это замечательная наука! Она помогает нам дома и в школе, даёт пищу и одежду, снабжает необычными веществами и материалами и удивляет химическими чудесами. Химия позволит нам проникнуть в тайны природы, прикоснуться к прекрасному и познать многие вещества, окружающие нас. Как много ещё интересных открытий предстоит нам совершить, изучая химию.

Таблица №2.

Шкала цветовых переходов природных индикаторов в различных средах.

Природный индикатор кислая среда нейтральная среда щелочная среда краснокочанная капуста красный фиолетовый зелёный сахарная свёкла малиновый бордовый жёлто-коричневый клюква алый красный синий чёрный виноград красный бордово-красный зелёный домашняя фиалка розовый сиреневый жёлто-зелёный

Таблица №3.

Изменение окраски «лакмусовой» бумажной розы в водных растворах «домашних» реактивов.

Реактив роза до опыта роза после опыта уксусная кислота фиолетовая розовая лимонная кислота фиолетовая розовая питьевая сода фиолетовая синяя нашатырный спирт фиолетовая синяя кальцинированная сода фиолетовая синяя стиральный порошок фиолетовая синяя шампунь фиолетовая синяя

Карачаево – Черкесская республика

МКОУ «СОШ а. Малый Зеленчук имени Героя Советского Союза

Умара Хабекова »

Хабезского муниципального района

Исследовательская работа

по химии на тему:

«Индикаторы у нас дома».

Работу выполнила:

Калмыкова Сатаней

ученица 8 класса

Руководитель:

учитель химии высшей квалификационной категории

Охтова Елена Рамазановна

2015 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………..……3

Теоретическая часть.

1 .1.Природные красители ……………………………………..............................4

1 .2.Понятие об индикаторах……………………………………………………..6

1.3. Классификация школьных индикаторов и способы их использования..7

1.4. Водородный показатель……………………………………………………..8

Практическая часть.

2.1.Получение природных индикаторов……………………………………...…9

2.2.Исследование среды растворов растительными индикаторами………….10

1. 1. Химические опыты с продуктами питания………………………….10

1. 1. Химические опыты с моющими средствами……………………...…11

Выводы…………………………………………………………………………...13

Заключение……………………………………………………………………….13

Список литературы……………………………………………………………....14

Введение

В природе мы встречаемся с различными веществами, которые нас окружают. В этом году мы начали знакомиться с интересным предметом - химия. Сколько же в мире веществ? Какие они? Зачем они нам нужны и какую пользу приносят? Нас заинтересовали такие вещества, как индикаторы.

На уроках химии нам учитель рассказала про индикаторы: такие индикаторы как лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый.

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

Мы решили выяснить: можно ли в качестве индикаторов использовать те природные материалы, которые есть дома.

Актуальность и новизна темы в том, что «в результате неконтролируемого обществом научно- технического прогресса на планете, вообще, и в России, в частности, из года в год ухудшается экологическая обстановка, как в городах, так и в сельской местности. 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. В результате этого мы уже сейчас живём в значительной степени искусственной, «токсической» экосистеме (атмосфере, гидросфере, литосфере, биосфере). Эта экосистема значительно отличается в худшую сторону от той, в которой жили наши предки».

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;

Методы исследования :

Изучение научно-популярной литературы;

Получение растворов индикаторов и работа с ними.

Гипотеза: Могут ли растения или овощи данной местности служить биоиндикаторами кислотности как экологически безопасные для здоровья человека.

Задачи:

приготовить растворы индикаторов, которые бы указывали на присутствие кислоты или основания;

Проверить кислотность среды мыла, чая и продуктов питания.

Предмет исследования: виноградный сок, свёкла, чай, моющие средства и продукты питания.

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, растущих в Индии, выделяли фиолетово-синий краситель- индиго . Из листьев рода лавсония (хенна) семейства дербенниковых и поныне выделяют хну- краску красно- оранжевого цвета, хну зелёную получают из высушенных и протертых листьев калины, которые широко используется 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 использовали шелуху лука, листвяную кору, берёзовые веники, сон-траву (подснежник); цветки ноготков, ягоды можжевельника и другие красители, выделяемые из растений, произрастающих 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 цветовую гамму.

Пигменты , в биологии - окрашенные вещества тканей организмов, участвующие 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.

Пигменты (от лат. pigmentum - краска), в химии - окрашенные химические соединения, применяемые в виде тонких порошков для крашения пластмасс, резины, химических волокон, изготовления 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, желтый 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 вытесняться синтетическими. В наши дни насчитывается более 15000 красителей самых различных оттенков принадлежащих к разным классам соединений.

1.2. Понятие об индикаторах.

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

Самым первым появился кислотно-основный 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, зашел садовник. Он принес фиалки. Бойль любил цветы, но ему необходимо было проводить эксперимент. Бойль оставил цветы на столе. Когда ученый 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 растворами, при этом каждый раз добавлял фиалки и наблюдал, что происходит с цветками. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. 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», так как они указывают на среду раствора. Именно индикаторы помогли ученому открыть новую кислоту - фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде.

Если нет настоящих химических индикаторов, для определения кислотности среды можно успешно применять… домашние, полевые и садовые цветы и даже сок многих ягод – вишни, черноплодной рябины, смородины. Розовые, малиновые или красные цветы герани, лепестки пиона или цветного горошка станут голубыми, если опустить их в щелочной раствор. Так же посинеет в щелочной среде сок вишни и смородины. Наоборот, в кислоте те же «реактивы» примут розово – красный цвет.

Растительные кислотно-основные индикаторы здесь – красящие вещества - антоцианы. Именно антоцианы придают разнообразные оттенки розового, красного, голубого и лилового многим цветам и плодам.

Красящее вещество свеклы бетаин или бетанидин в ще лочной среде обесцвечивается, а в кислой - краснеет. Вот почему такой аппетитный цвет у борща с квашеной капустой.

1.3. Классификация школьных индикаторов и способы их использования.

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.

1.4. Водородный показатель.

Индикатор бумажный универсальный имеет шкалу для определения среды (рН).

Водородный показатель, pH – величина, характеризующая концентрацию ионов водорода в растворах. Это понятие было введено в датским химиком . Показатель называется pH, по первым буквам латинских слов potentia hydrogeni - сила водорода, или pondus hydrogenii - вес водорода. Водные растворы могут иметь величину pH в интервале 0-14. В чистой воде и нейтральных растворах pH =7, в кислых растворах pH <7 и в щелочных pH >7. Величины pH измеряют при помощи кислотно-щелочных индикаторов.

Таблица №1

Цвет индикатора в различных средах.

Название индикатора

Цвет индикатора в различных средах

в кислой

в нейтральной

в щелочной

Метиловый оранжевый

Красный

(рН < 3,1)

Оранжевый

(3,1 < pH < 4,4)

Желтый

(рН > 4,4)

Фенолфталеин

Бесцветный

( pH < 8,0)

Бесцветный

(8,0 < pH < 9,8)

Малиновый

( pH > 9,8)

Лакмус

Красный

( pH < 5)

Фиолетовый

(5 < pH < 8 )

Синий

( pH > 8 )

Водородный показатель - важнейшая характеристика биологических жидкостей; крови, лимфы, слюны, желудочного, кишечного и клеточного сока. Поэтому его часто определяют при клинических анализах, оценивая здоровье человека.

Обозначение pH широко применяется в химии, биологии, медицине агрономии, экологии и в других сферах жизни. Не случайно о нем так много говорится в средствах массовой информации, и даже далекие от химии люди живо интересуются этим понятием. В телевизионных экранах показывают, как изменяется pH во рту человека после чистки зубов такой-то пастой или после жевания такой-то резинки… Абсолютно нейтральной среде соответствует значение pH , равное точно7.Чем раствор более кислый, тем меньше pH , а в присутствии щелочи pH становится больше 7.

II . Практическая часть.

2.1. Получение природных индикаторов.

Для получения природных индикаторов мы поступили следующим образом. Исследуемый материал натёрли на тёрке, затем прокипятили, так как это приводит к разрушению мембран клеток, и антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая воду. Растворы налили в прозрачную посуду. Чтобы узнать, какой отвар служит индикатором на ту или иную среду и как изменяется его цвет, надо было провести испытание. Взяли пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляли их поочередно в кислый или щелочной раствор. Кислым раствором служил столовый уксус, а щелочным - раствор пищевой соды. Если, к примеру, добавить к ним ярко-красный отвар из свёклы, то под воздействием уксуса он станет красным, соды - красно-фиолетовым, а в воде – бледно-розовым, т.к. в воде среда нейтральная.

Результаты всех этих опытов тщательно записывали в таблицу №2; ее образец мы здесь приводим.

Таблица № 2

Индикатор

Цвет раствора

исходный

в кислой среде

в щелочной среде

Виноградный сок

Темно-красный

Красный

Зеленый

Свекла красная

Красный

Ярко-красный

Красно - фиолетовый

Лук фиолетовый

Светло-лиловый

Розовый

Светло-зелёный

Красно - кочанная капуста

Фиолетовый

Красный

Светло-зелёный

Виноградный сок

Красный

Красный

Светло - зелёный

Также обычный чай можно использовать в домашних условиях как индикатор. Мы заметили, что чай с лимоном гораздо светлее, чем без лимона. В кислой среде он обесцвечивается, а в щелочной становится более темным.

чай нейтральная среда чай в кислой и щелочной среде

2.2. Исследование среды растворов растительными индикаторами.

Для начала необходимо было повторить правила техники безопасности при работе с химическими реактивами и оборудованием.

2.2.1. Химические опыты с продуктами питания.

Мы решили с помощью природного индикатора – отвара свёклы – проверить кислотность среды молока 2,5% и сметаны 20%. В молоко добавили несколько капель отвара свёклы. Раствор стал бледно-розовый. Значит в молоке среда ближе к нейтральной. Тот же опыт повторили со сметаной. Цвет сметаны после добавления природного индикатора был насыщенно розовым. Это ближе к слабо - кислой среде. Вывод такой: в молоке нейтральная среда, а в сметане - кислая среда. Виноградный сок дал интересные результаты. В щелочной среде сок стал синим, в кислой – красным, в нейтральной – розовым. Далее мы добавили виноградный сок в молоко и сметану. В молоке он стал светло-зелёным, а в сметане – бледно-розовым. Значит в сметане слабо-кислая среда.

Таблица № 3

Исследуемый продукт

Цвет свёклы

Среда

Молоко 2,5 %

Бледно-розовый

Нейтральная

Сметана 20 %

Розовый

Слабо-кислая

2.2.2. Химические опыты с моющими средствами.

Далее мы решили проверить среду в мыле и стиральном порошке. Для этого исследовали порошок «Тайд», мыло « DOVE » и хозяйственное мыло. Сначала приготовили растворы этих моющих средств. В каждый раствор добавили индикатор – отвар свёклы. В хозяйственном мыле индикатор стал фиолетовым, а в мыле « DOVE » – розовым. Значит в хозяйственном мыле сильно - щелочная среда, а мыло « DOVE » имеет нейтральную среду. Очень большое содержание щелочи в мыле наносит большой вред коже рук. В «хозяйственном мыле» большое содержание щелочи, в то время как в мыле « DOVE » самое низкое содержание щелочи (нейтральная среда). Из этого можно сделать вывод: в мыле « DOVE » самое низкое содержание щелочи, следовательно, оно является более безопасным для кожи рук. В раствор порошка «Тайд» добавили наш индикатор. Раствор стал фиолетовым, а через несколько минут – обесцветился. Значит в растворе порошка сильно - щелочная среда. Таким способом можно проверить кислотность любого моющего средства.

Таблица № 4

Изменение цвета индикатора в моющих средствах

Исследуемый раствор

Цвет

Среда

Порошок «Тайд»

фиолетовый

щелочная

Мыло хозяйственное

фиолетовый

щелочная

Мыло « DOVE »

розовый

нейтральная

Любая работа должна выливаться в практическую ценность. В процессе опытов как-то само - собой пришло предложение покрасить яйца нашими натуральными красителями. Протертое свекольным соком яйцо окрашивается в бордовый цвет. Шелуха лука - коричневый цвет. Приготовленные индикаторы долго хранить нельзя, они разрушаются в воде. Продлить их действие можно, пропитав экстрактом фильтровальную бумажку, а затем высушив её. Хранить такие бумажки следует в закрытой упаковке.

Выводы.

Изучая индикаторы мы пришли к таким выводам:

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

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

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

Растворы природных индикаторов можно приготовить и использовать в домашних условиях.

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

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

Заключение.

В заключении хочу сказать, что я научилась выявлять среду растворов, показывающее действие растворов мыл на кожу рук, синтетических моющих средств на ткани при стирке белья.

Результатом этой работы (исследовательской) стало развитие моего творческого мышления и практической деятельности, формирование интереса к познанию химических явлений и их закономерностей.

В конце хочу выразить свое отношение к химии словами М. Горького: «Прежде всего и внимательнее всего изучайте химию. Это изумительная наука, знаете…Ее зоркий, смелый взгляд проникает в огненную массу солнца и во тьму земной коры, в невидимые частицы вашего сердца, и в тайны строения камня, и в безмолвную жизнь дерева. Она смотрит всюду и, везде открывая гармонию, упорно ищет начало жизни…»

Список литературы

1. Алексеева А. А.. Лекарственные растения. / А. А. Алексеева Улан-Удэ: Бурят. кн. изд-во, 1974.- 178 с.

2 .Аликберова Л. Ю. Занимательная химия / Л. Ю. Аликберова М.: АСТ-ПРЕСС, 1999. - 560 с

3 . Дженис В. К. 200 экспериментов / В.К. Дженис М.: АСТ-ПРЕСС, 1995. - 252 с

4 . Кузнецова Н. Е. Химия. Учебник для 10 класса / Н.Е.Кузнецова М: Вентана-Граф, 2005.- 156 с.

5. Николаев Н. Г. Краеведение / Н.Г. Николаев, Е.В. Ишкова М.: Учпедгиз, 1961.- 164с.

6 . Новиков В. С. Школьный атлас - определитель высших растений / В.С. Новиков, И.А. Губанов М: Просвещение, 1991. – 353 с.

7. Савина Л. А. Я познаю мир. Детская энциклопедия Химия / Л.Я. Савина М: АСТ, 1997.- 356с.

8. Синадский Ю. В. Целебные травы / Ю.В. Синадский, В.А. Синадская М: Педагогика, М. 1991.- 287с.

9 . Сомин Л. Е. Увлекательная химия / Л.Е. Сомин М.: Педагогика, 1978.- 383 с.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ БУРЯТИЯ

КОМИТЕТ ПО ОБРАЗОВАНИЮ

АДМИНИСТРАЦИИ ГОРОДА УЛАН-УДЭ

МОУ «ГИМНАЗИЯ №14»

РАСТИТЕЛЬНЫЕ ИНДИКАТОРЫ

Выполнила: Иевская Мария-

ученица 9 Г класса

Руководитель: -

учитель химии

Улан-Удэ

201 2

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».

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

Цель работы : исследование изменения пигментов растений в различных средах

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Изучить литературные источники по теме;

Рассмотреть классификацию индикаторов;

Изготовить растворы индикаторов из природного сырья;

Провести исследование по определению среды растворов

Объект исследования: природные растения, обладающие свойствами индикаторов.

Предмет исследования : растворы растительных индикаторов.

Гипотеза: растворы растительных индикаторов можно приготовить самостоятельно и применять в химической лаборатории и домашних условиях при необходимости определения среды раствора

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. (Приложение 1)

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. (Приложение 2) 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 окраcку. В кислой среде он обычно имеет красные тона, например, у герани, гортензии, фиалок. В щелочной 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, заливают 200 мл воды и кипятят в течение 1-2 минут. Полученные отвары охлаждают и фильтруют. С целью предохранения от порчи, в полученный фильтрат добавляют этиловый спирт в соотношении 2:1.

Получив таким образом растворы индикаторов, я проверила, какую окраску они имеют в разных средах.

Брала пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляла их поочередно в кислый или щёлочной растворы. Результаты всех этих опытов заносила в таблицу.

Таблица 1. Изменение окраски природных индикаторов в различных средах.

В результате эксперимента мы убедились, что не все вещества, из приготовленных нами в домашних условиях, можно использовать как индикаторы. Например, морковный сок нежелательно использовать как индикатор, потому что его изменения незначительны. Соки картофеля и чеснока дают заметные изменения только в кислой среде. В то же время некоторые вещества проявляют ярко выраженные индикаторные свойства.

Вторая часть исследования была посвящена изменению окраски растительных индикаторов (сока свеклы и ягод черники) в растворах с различным значением рН среды.

Для исследования нами были приготовлены растворы уксусной кислоты со значениями рН 1,2,3, 5, 5,6 (растворы приготавливались путем разбавления концентрированной кислоты дистиллированной водой с контролем значения рН с помощью прибора - рН метра.

Изменение окраски индикатора из ягод черники при разных значениях рН среды

Изменение окраски индикатора из сока свеклы при разных значениях рН среды

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, черноплодной рябины, черники, клюквы, кору крушины, лепестки мальвы, 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

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аликберова химия. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2002.

2. Аликберова химия. Книга для учащихся, учителей и родителей. – М.: АСТ-ПРЕСС, 1999.

3. «Экскурсии по химии в природу» Карелия, Петрозаводск, 1979

4. «Химия после уроков» Карелия, Петрозаводск, 1976

5. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. – М.: АСТ, 1996.

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

7. , «Возможность использования естественных индикаторов», сб. Мордовского пед. института, вып.2, Саранск,1955г.

8. , Аликберова задания и эффектные опыты по химии, М. «Дрофа», 2002 г

9. Оганесян по химии для поступающих в вузы. – М.: Высшая школа, 1998.

10. Новый энциклопедический словарь. – М.: Большая Российская энциклопедия. Ринол Классик, 2000.

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

12. Интернет-ресурсы.

Приложение 1

Структурная формула фенолфталеина

Приложение 2

Структурная формула метилоранжа

МКОУ Маршанская средняя школа

Исследовательская работа по химии

«Индикаторы в нашей жизни».

Работу выполнили ученицы 8 класса

Сидорова Лариса

Курышко Анастасия

Бурматова Светлана

Руководитель: Синицина Маргарита

Анатольевна - учитель химии

2016 год

Введение

История открытия индикаторов

Классификация индикаторов.

Природные индикаторы

Экспериментальная часть.

Заключение.

Список используемой литературы.

1. Введение

В природе мы встречаемся с различными веществами, которые нас окружают. В этом году мы начали знакомиться с интересным предметом - химия. Сколько же в мире веществ? Какие они? Зачем они нам нужны и какую пользу приносят?

Нас заинтересовали такие вещества, как индикаторы. Что такое индикаторы?

На уроках при изучении темы «Важнейшие классы неорганических соединений» мы использовали такие индикаторы как лакмус, фенолфталеин и метилоранж.

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

Мы решили выяснить: можно ли в качестве индикаторов использовать те природные материалы, которые есть дома.

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;

Методы исследования :

Изучение научно-популярной литературы;

Получение растворов индикаторов и работа с ними

2. История открытия индикаторов

Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский физик и химик Роберт Бойль. Бойль проводил различные опыты. Однажды, когда он проводил очередное исследование, зашел садовник. Он принес фиалки. Бойль любил цветы, но ему необходимо было проводить эксперимент. Бойль оставил цветы на столе. Когда ученый 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 растворами, при этом каждый раз добавлял фиалки и наблюдал, что происходит с цветками. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. 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», так как они указывают на среду раствора. Именно индикаторы помогли ученому открыть новую кислоту - фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде. В настоящее время на практике широко применяют следующие индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый.

2. Классификация школьных индикаторов и способы их использования

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.

3. Природные индикаторы

Кислотно-основные индикаторы бывают не только химическими. Они находятся вокруг нас, только обычно мы об этом не задумываемся. Это растительные индикаторы, которые можно использовать в быту. Например, 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. 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.

В качестве природных индикаторов чаще всего используют соки или отвары ярко окрашенных плодов или других частей растений. Такие растворы необходимо хранить в темной посуде. К сожалению, у природных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся – скисают или плесневеют (более устойчивы спиртовые растворы). 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.

Экспериментальная часть

Какие же индикаторы можно использовать дома? Для ответа на этот вопрос мы исследовали растворы соков плодов и цветков растений, таких как каланхоэ (оранжевые, красные и белые цветы), морковь, синий и желтый лук (шелуха и сама луковица), тюльпан (цветы красного цвета и зеленые листья), герань (цветы розовые и белые), одуванчик, анютины глазки,черная смородина и малина (ягоды). Мы готовили растворы отжатых соков этих растений и плодов, так как растворы быстро портятся, то мы готовили их непосредственно перед опытом следующим образом: немного листьев, цветов или плодов растирали в ступке, затем добавляли немного воды. Приготовленные растворы природных индикаторов исследовали раствором кислоты (соляная кислота) и щелочи (гидроксид натрия). Все взятые для исследований растворы меняли или не меняли свой цвет в зависимости от среды. Результаты полученных исследований были занесены в таблицу