Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа № 5 г. Искитима Новосибирской области
Секция естественно-научная
«Получение индикаторов в домашних условиях и исследование их кислотно-основных свойств»
г. Искитим, 2012
Оглавление
Введение.... 3
I. Из истории..4
II. Классификация индикаторов 6
III. Красящие пигменты растений.8
IV. Практическая часть. Изготовление индикаторов и их анализ.. .9
V. Использование индикаторов.10
VI. pH и человек 10
VI. Заключение. 11
Информационные источники..13
Приложение 14
Введение
Урок биологии в 6 классе. Тема «Лишайники». При изучении их значения учитель говорит, что лишайники являются индикаторами чистоты воздуха. Нас заинтересовало новое и непонятное для нас слово, и мы решили узнать, что же такое индикаторы? Зашли в Интернет и узнали, что это слово имеет несколько значений. Индикаторы - это устройства, вещества, или живые организмы, которые могут служить сигналом или показателем чего-либо (качества, например, окружающей среды, наличия каких-либо веществ в растворе, воздухе, почве и т.п., исправности или работы какого-либо устройства и т.п.).
Например: 1. Индикатором пожарной опасности служит включение пожарной сигнализации в офисе. Индикатором утечки газа в квартире служит появление запаха меркаптанов (серосодержащих углеводородов с сильным неприятным запахом, которые добавляют к не имеющему запаха природному газу для обнаружения его утечки).
2. Вой охранной сигнализации в магазине, музее, офисе является индикатором проникновения злоумышленников в закрытое помещение, взломе сейфа, витрины и т.п.; об этом же сигнализирует мигание соответствующих лампочек на пульте в охраняющем это заведение охранном предприятии.
3. Биоиндикаторами являются, например, эпифитные лишайники: их обилие и видовой состав служит показателем чистоты воздуха (например, алектория, уснея и другие кустистые лишайники не растут в местностях с загрязненным воздухом). Для оценки качества воды используют индикаторные группы водных беспозвоночных и рассчитывают, например, так называемый индекс Вудивисса.
4. На уроках химии для определения кислотности среды (т.е. концентрации ионов водорода в растворе) используют такие индикаторы, как лакмус, метиловый оранжевый, фенолфталеин, а также универсальную индикаторную бумагу. Классный журнал является индикатором успеваемости учащихся и посещаемости ими занятий. А также: поднятая учеником рука является индикатором того, что он хочет что-то сказать учителю (спросить, ответить, пожаловаться на соседа или попроситься в туалет).
5. Горящая зеленая лампочка на мониторе на системном блоке является индикатором работы этих устройств. Изменение цвета индикатора монитора с зеленого на оранжевый свидетельствует о переходе устройства на энергосберегающий режим.
Итак, одним из определений индикаторов являются вещества, с помощью которых можно определить наличия каких-либо веществ в растворе, воздухе, почве и т.п. Нас заинтересовало именно это понятие. Поэтому тема нашей работы «Получение индикаторов в домашних условиях и исследование их кислотно-основных свойств»
Цель работы: получить кислотно-щелочные индикаторы из сока ягод и отвара некоторых овощей. Исследовать их свойства.
Задачи исследования:
1. Ознакомиться с историей открытия некоторых индикаторов
2. Изучить информацию о красящих пигментах в растениях.
3. Получить индикаторы, исследовать влияние кислотной и щелочной среды на их окраску
4. Сравнить полученные данные со свойствами показателей кислотно-щелочной среды заводского универсального индикатора
5. Дать рекомендации по применению растительных индикаторов.
Гипотеза исследования: отвар некоторых овощей, сок ягод являются индикаторами кислотной и щелочной среды. Их можно приготовить самостоятельно и применять в домашних условиях при необходимости определения среды раствора
Объект исследования: природные растения, обладающие свойствами индикаторов, растворы растительных индикаторов
Предмет исследования: кислотно-щелочные свойства отвара ягод, овощей, сока ягод.
В ходе исследования была рассмотрена специальная литература, internet-источники, проведена практическая работа по изготовлению индикаторов из природного сырья и исследованию их кислотно-основных свойств.
I. Из истории
Появление первых химических кислотно-основных индикаторов (от латинского indicator –указатель), которые меняли цвет в зависимости от кислотной среды, стало огромным шагом науки вперёд. Самым первым индикатором был настой лишайника лакмуса, свойства которого обнаружил ещё английский химик и физик Роберт Бойль (1627-1691).
Лакмус – это водный настой лакмусового лишайника, растущего на скалах в Шотландии. Позднее настоем лакмуса стали пропитывать фильтровальную бумагу; её высушивали и получали, таким образом, индикаторные «лакмусовые бумажки». Они приобретали синий цвет в щелочном растворе и красный в кислотном.
В начале XIV века во Флоренции была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу, причем способ ее приготовления в течение многих лет держали в секрете. Готовили краску из специальных видов лишайников. Измельченные лишайники увлажняли, а затем добавляли в эту смесь золу и соду. Приготовленную таким образом густую массу помещали в деревянные бочки, добавляли мочу и выдерживали долгое время. Постепенно раствор приобретал темно- синий цвет. Его упаривали, и в таком виде применяли для окрашивания тканей. В XVII веке производство орсейли было налажено во Фландрии и Голландии, а в качестве сырья использовали лишайники, которые привозили с Канарских островов.
Похожее на орсейль красящее вещество было выделено в XVII веке из гелиотропа - душистого садового растения с темно-лиловыми цветками. Именно с этого времени, благодаря Р. Бойлю, орсейль и гелиотроп стали использовать в химических лабораториях. Лишь в 1704 году немецкий ученый М. Валентин назвал эту краску лакмусом.
Сегодня для производства лакмуса измельченные лишайники сбраживают в растворах поташа (карбоната калия) и аммиака, затем в полученную смесь добавляют мел и гипс. В XIX веке на смену лакмусу пришли более прочные и дешевые синтетические красители, поэтому использование лакмуса ограничивается лишь грубым определением кислотности среды. Лакмус в аналитической химии заменили лакмоидом. Лакмоид - краситель резорциновый синий, который отличается от природного лакмуса и по строению, но сходен с ним по окраске: в кислой среде он красный, а в щелочной - синий. В наши дни известно несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных в середине XIX века. Индикатор метиловый оранжевый (метилоранж) в кислой среде красный, в нейтральной - оранжевый, в щелочной - синий. Более яркая цветовая гамма свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной - желтый, в щелочной - синий. Индикатор фенолфталеин (в медицинской практике его раньше называли пургеном, сейчас редко применяют в качестве слабительного) в кислой и нейтральной среде - бесцветен, а в щелочной имеет малиновую окраску. Поэтому фенолфталеин используют лишь для определения щелочной среды. В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – зеленка). В сильнокислой среде его окраска желтая, а в сильнощелочной среде раствор обесцвечивается.
Однако в последнее время в лабораторной практике используется универсальный индикатор - смесь нескольких индикаторов. Он позволяет легко определить не только характер среды, но и значение кислотности (рН) раствора. Механизм химико-физических процессов, вызывающих изменение окраски индикаторов, оставался неясным до конца XIX века, и только В. Оствальдом в 1894 году. Согласно его теории, например, лакмус в водных растворах приобретает красную окраску.
II. Классификация индикаторов
Кислотно-основные индикаторы существуют в двух формах, в зависимости от рН раствора. Чаще обе формы различаются по окраске, это так называемые двуцветные индикаторы (лакмус, метиловый красный, метиловый оранжевый, тимолфталеин и др.). Реже применяют одноцветные индикаторы, у которых окрашена только одна форма, как у фенолфталеина (бесцветный в кислой среде, а при рН (9 - малиновый).
В некоторых странах краску, сходную с лакмусом, добывали из других растений. Простейшим примером служит свекольный сок, который также изменяет цвет в зависимости от кислотности среды.
Попробуем провести такой опыт. Разольём заваренный чай в два стакана. В один из них положим кусочек лимона, и мы увидим, что чай побледнел. А в другой добавим немного соды, она наверняка есть у нас на кухне. Размешаем соду в стакане с чаем, и мы увидим, что чай потемнел. Как объяснить эти результаты с точки зрения химии?
Представьте себе, чай указывает нам, что в лимоне есть кислота, а сода даёт в воде щёлочь! Такой способностью подсказать людям, где кислота, а где щёлочь обладают многие красители. Все они имеют специальное название - индикаторы, что значит - указатели.
В химических лабораториях используют специально очищенные красители-индикаторы. Мы решили познакомиться со стандартными кислотно-основными индикаторами и посмотреть, как же меняется их окраска при попадании их в кислую или щелочную среду.
В школьной химической лаборатории под руководством учителя мы нашли лакмус, метиловый оранжевый, фенолфталеин и универсальный индикатор (смесь нескольких кислотно-основных индикаторов).
Эти вещества-указатели меняют цвет в зависимости от того, в какую среду - кислую, щёлочную или нейтральную - они попали.
Для эксперимента возьмем стандартные индикаторы, лимонный сок, пищевую соду и дистиллированную воду. Лимонный сок дает кислую среду, пищевая сода – щелочную, и дистиллированная вода – нейтральную. Результаты эксперимента приведены в таблице.
ИЗМЕНЕНИЕ ОКРАСКИКИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ ИНДИКАТОРОВВ ЗАВИСИМОСТИ ОТ pH РАСТВОРА
Для более точного определения значения pH растворов используют сложную смесь нескольких индикаторов, нанесенную на фильтровальную бумагу (так называемый "Универсальный индикатор Кольтгоффа"). Полоску индикаторной бумаги обмакивают в исследуемый раствор, кладут на белую непромокаемую подложку и быстро сравнивают окраску полоски с эталонной шкалой для pH:
нейтральная
кислотная
щелочная
Лакмус
Фиолетовый
Красный
Синий
Метилоранж
Оранжевый
Красный
Желтый
Фенолфталеин
Бесцветный
Бесцветный
Малиновый
Для того чтобы запомнить цвет лакмуса в различных средах, существует стихотворение:
Индикатор лакмус - красныйКислоту укажет ясно.Индикатор лакмус - синий,Щёлочь здесь - не будь разиней,Когда ж нейтральная среда,Он фиолетовый всегда.
А для чего же человек использует эти вещества-указатели? Какие красящие вещества растений бурно реагируют на изменение среды раствора? Нужны ли эти вещества-указатели нам в домашних целях? И можно ли их приготовить самостоятельно, если настоящих химических индикаторов нет под рукой?
III. Красящие пигменты растений
Ознакомившись со справочным литературой мы узнали, что все красящие вещества растений можно разделить на три группы:
Антоцианы – это красные, фиолетовые и синие пигменты. Богаты антоцианами столовая свекла, слива, вишня, клюква, брусника, земляника, малина, черешня и ряд других ярко окрашенных плодов и овощей.
2. Флавоны – это красящие вещества, содержащиеся в желтых цветках. Флавоны есть во многих плодах и овощах, но богаче всего ими апельсины, мандарины, хурма, желтая слива, брюква и репа.
Каротиноиды - это группа пигментов желтого, оранжевого, красного цвета. Ими богата морковь, томаты, шиповник; семена желтой кукурузы, перец.
Какие же из указанных пигментов изменяют свою окраску под влиянием кислотной или щелочной среды?
Чтобы ответить на этот вопрос проведем эксперимент. Возьмем свежевыжатый сок черной смородины, моркови и репы. Разделим каждый сок на 3 пробирки и добавим в них лимонный сок, раствор соды и дистиллированную воду. Только те пробирки, в которых находился сок черной смородины, изменил сою окраску в кислой и щелочной среде. Следовательно, из представленных здесь пигментов, именно антоцианы реагируют на изменения среды раствора.
Мы узнали, что на уроках химии и в химических лабораториях часто пользуются химическими индикаторами - иногда для определения тех или иных веществ, а большей частью, чтобы узнать кислотность среды, потому что от этого свойства зависят и поведение веществ, и характер реакции. Индикаторы могут понадобиться нам и дома.
Нас заинтересовал вопрос «А можно ли приготовить индикаторы самостоятельно?» Если нет настоящих химических индикаторов, можно попробовать применить для определения кислотности среды домашние, полевые и садовые цветы и даже сок многих ягод (вишни, черноплодной рябины, смородины) и овощей.
Растительными кислотно-основными индикаторами здесь являются
красящие вещества «антоцианы». Именно они придают разнообразные оттенки многим цветам и плодам. Растительное "сырье" летом собрать нетрудно - в лесу, в поле, в саду или огороде.
IV. Практическая часть. Изготовление индикаторов и их анализ
Существует несколько способов самостоятельного приготовления индикаторов (Приложение № 1). Можно использовать отвары, чистые соки, спиртовые вытяжки.
Мы использовали чистые соки различных природных объектов: малины, свёклы, капусты, облепихи, чёрной смородины и др. Так как соки быстро портятся, лучше их готовить непосредственно перед изготовлением индикаторов.
Разделили каждый сок на 3 пробирки: в 1- добавили лимонный сок, во 2 – дистиллированную воду, в 3 - соду.
Результаты проведенного эксперимента приведены в следующей таблице:
Окраска естественных индикаторов в нейтральной, кислой и щелочной средах
Сырье для
приготовления
индикаторов
Естественный цвет индикатора
Окраска в кислотной среде
Окраска в щелочной среде
Плоды черноплодной рябины
Красно-коричневый
Бледно-розовый
Темно-зеленый
Ягоды малины
Коричневый
Коричневый
Темно-коричневый
Ягоды смородины
Темно-красный
Красный
Сине-зеленый
Ягоды черники
Красно-фиолетовый
Красный
синий
Ягоды ежевики
Темно-красный
Красный
Темно-фиолетовый
Столовая свекла
Красный
Ярко-красный
Желтый
Краснокочанная капуста
Сине-фиолетовый
Красный
Зеленый
Синий лук
Розовый
Бесцветный
Зеленый
Белый лук
Бесцветный
Бесцветный
Зеленый
Морковь
Оранжевый
Оранжевый
Оранжевый
Хорошим растительным индикатором является краснокочанная капуста. Сок краснокочанной капусты при смешивании с различными веществами изменяет свой цвет от красного (в сильной кислоте), к розовому, фиолетовому (это его естественный цвет в нейтральной среде), синему, и, наконец, зеленому (в сильной щелочи) (Приложение № 2).
Исходя из проведенных опытов, можно сделать следующий вывод: краснокочанная капуста, свекла, ежевика, черная смородина, черника, голубика, вишня, темный виноград и др. содержат рH чувствительный растительный пигмент – антоцианин. Антоцианин придает растениям темно-синюю окраску. Продукты такого цвета считаются очень полезными для здоровья.
V. Использование индикаторов
Для чего же необходимо использовать индикаторы? Исходя из вышесказанного для наличия каких-либо веществ в растворе, воздухе, почве и т.п. В справочной литературе мы нашли значения pH для некоторых жидкостей:
Желудочный сок – 1.0-2.0 pH 2. Лимонный сок – 2.0 pH3. Пищевой уксус – 2.4 pH4. Кока-кола – 3.0 pH5. Яблочный сок – 3.0 pH6. Кофе – 5.0 pH7. Шампунь – 5.5 pH8. Чай – 5.5 pH9. Молоко – 6.6-6.9 pH
10. Чистая вода – 7.0 ph11. Кровь – 7.36-7.44 ph12. Морская вода – 8.0 ph13. Раствор пищевой соды – 8.5 ph14. Мыло для рук – 9.0-10.00 ph15. Нашатырнай спирт – 11.5 ph16. Отбеливатель (хлорная известь) – 12.5 ph
VI. pH и человек
Неукротимое любопытство, выяснило еще более интересные вещи. Как известно, человек больше чем наполовину состоит из воды. Уровень pH воды 7, это нейтральная с точки зрения кислотности среда. Казалось бы зачем нам менять кислотность в разных органах и тканях? Однако, кроме ужасно кислой среды желудка, нужной ему для переваривания, весь наш организм неоднороден:
Слюна имеет свою кислотность, кислотность смешанной слюны человека равна 6,8–7,4 pH, но при большой скорости слюноотделения достигает 7,8 pH.
pH крови, как известно утром натощак согласно инструкции: 6,0 – 6,4 по утрам и 6,4 – 7,0
Кислотность слез в норме от 7,3 до 7,5 pH, они почти нейтральная среда, очень-очень слабая щелочь.
Наша кожа, о которой мы так заботимся, создавая индивидуальную косметику слабокислая. Ученые указывают различные кислотности кожи от 4,0 до 6,5.
Кислотность кожи меняется в зависимости от места, измерения pH верхнего слоя кожи показывают на голове 4,5-5,5, на груди – pH 5,1-5,5 и на ладонях – pH 6,2-6,5. Мужская кожа более упругая и эластичная. В ней больше сальных и потовых желёз. pH мужской кожи более кислый.
При угревой сыпи кислотность кожи меняется в сторону щелочи, значение pH увеличивается, при псориазе в сторону кислоты.
С возрастом состав кожи становится более щелочным, сухая кожа тоже более щелочная, чем жирная.
VI. Заключение
Выводы:
Индикаторы-указатели очень распространены как в науке, технике,
так и в повседневной жизни, в быту.
Химические индикаторы – этим именем называются такие вещества, которые, будучи введены в круг исследуемых химических превращений, образованием окрашенных соединений различных оттенков или выделением характерных осадков показывают на существование в данной среде или соединений с определенной химической функцией, например кислот, щелочей и прочее. Достоинство индикаторов определяется, с одной стороны, их чувствительностью, а с другой определенностью указаний.
Индикаторами могут служить не только специальные химические со-
единения, но и природные вещества.
В качестве показателя кислотности среды можно использовать соки и отвары растений, содержащих природные красители – антоцианы (ягоды малины, черной смородины, черники, ежевики, синий лук, краснокочанную капусту; свеклу). Таким образом, выдвинутая нами гипотеза полностью доказана.
Легкость приготовления и безопасность делают подобные индикаторы легкодоступными, а значит хорошими помощниками в работе с кислотами и основаниями.
Индикаторы играют большую роль при химических исследованиях, и
на их употреблении построен целый отдел химического анализа.
Изготовленные в домашних условиях индикаторы можно использовать для определения кислотности среды в косметических и моющих средствах, т.к. зачастую она просто не указывается на упаковках.
Природные индикаторы могут помочь в определении кислотности почвенного раствора, для определения характера вносимых в почву минеральных удобрений.
В процессе изучения химии (в старших классах) мы сможем ответить на вопрос: почему индикаторы меняют свой цвет в кислой и щелочной среде.
Информационные источники
1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. – М.: АСТ-ПРЕСС, 2002.
2. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия. Книга для учащихся, учителей и родителей. – М.: АСТ-ПРЕСС, 1999.
3. А.И. Бусеев, И.П. Ефимов Словарь химических терминов. Москва, Просвещение, 1971, стр.67
4. Большая детская энциклопедия. Химия. Москва, Русское энциклопедическое товарищество, 2000, стр. 348-349.
5. Малая детская энциклопедия. Химия. Москва, Русское энциклопедическое товарищество, 2001, стр. 232- 234.
6. Савина Л.А. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. – М.: АСТ, 1996.
7. О. Ольгин. «Опыты без взрывов» Москва, «Химия», 1986
8. О. Ольгин «Чудеса на выбор» М., Детская литература,1986,
9. Семенов П.П. «Индикаторы из местного растительного материала», «Химия в школе», 1984, №1, стр.73
10. Степин С.С., Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии, М. «Дрофа», 2002 г
11. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. М.: Аванта+, 2003. с. 310 – 316.
12. Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика, 1982.
13. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. М, АСТ, 1996,
14. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
15. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
16. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
.
Приложение
Приложение № 1
Наилучшие результаты получаются при использовании ягод черники и смородины, растворы которых готовятся по следующей методике:
К 30 г. ягод смородины (черники) добавляем 1 столовую ложку горячей воды.
Доводим раствор до кипения.
Охлаждаем, даем раствору отстояться.
Фильтруем. С целью предохранения от порчи в полученный фильтрат можно добавить спирт в соотношении 2:1.
Режем фильтровальную бумагу (шириной1см, длиной 4 см).
Пропитываем полоски фильтровальной бумаги приготовленным отваром в течение 2 минут.
Высушиваем полоски, не допуская попадания яркого света.
Храним приготовленные индикаторные бумажки в темной посуде.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Приложение № 2
Результаты изменения цвета сока краснокочанной капусты в кислой, нейтральной и щелочной средах.
На картинке слева направо результаты смешения сока краснокочанной капусты с: 1. лимонным соком (красная жидкость);
2. во второй пробирке чистый сок краснокочанной капусты, он имеет фиолетовый цвет;
3. в третьей пробирке сок капусты смешан с аммиаком (нашатырным спиртом) – получилась жидкость синего цвета;
4. в четвертой пробирке результат смешения сока со стиральным порошком – жидкость зеленого цвета.
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.)
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
Химические опыты с продуктами питания………………………….10
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.
Характер химической реакции, как известно, большей частью зависит от кислотности среды. От этого свойства зависит и поведение веществ. Поэтому, в химических лабораториях то и дело пользуются индикаторами для определения тех или иных веществ. Индикаторы не всегда можно купить, то попробуем приготовить самодельные индикаторы . Исходным сырьем будут служить растения: многие цветы, плоды, ягоды, листья и корни содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. Попадая в кислую или в щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют нам об этом.
Летом собрать растительное "сырье" можно в лесу, в поле, в саду или в огороде. Возьмите яркие цветы, например, ирис, темные тюльпаны и розы, анютины глазки, мальву; наберите малины, ежевики, черники, голубики; запаситесь несколькими листами красной капусты и молодой свеклой.
Так как растворы самодельных индикаторов получают отвариванием, то они, естественно, быстро портятся. Поэтому, самодельные индикаторы надо готовить непосредственно перед опытом. Возьмите немного запасенного сырья (точное количество не имеет значения), положите в пробирку, налейте воды, поставьте на водяную баню и нагревайте до тех пор, пока раствор не окрасится. Приготовленные таким образом самодельные индикаторы после охлаждения профильтруйте и слейте в приготовленную заранее чистую склянку с этикеткой.
Чтобы обеспечить себя самодельными индикаторами на весь год, засушите летом лепестки и ягоды, разложите их по отдельным коробочкам, а потом, как говорилось выше, приготовьте из них отвары, отдельно из каждого растения.
Чтобы узнать, какой отвар служит индикатором на ту или иную среду и как изменяется его цвет, надо провести испытание. Возьмите пипеткой несколько капель самодельного индикатора и добавляйте их поочередно в кислый или щелочной раствор. Кислым раствором может служить столовый уксус, а щелочным раствор стиральной соды, карбоната натрия. Например, если добавить к ним ярко-синий отвар из цветков ириса, то под воздействием уксуса он станет , а соды - зелено-голубым. Результаты всех этих опытов тщательно записывайте, лучше всего в таблицу.
Самодельные индикаторы можно приготовить не только с листьев и ягод. На изменение кислотности четко реагируют изменением цвета некоторые соки и компоты. Выполнить роль самодельного индикатора может обычный борщ. Хозяйки это давно приметили. Чтобы борщ был ярко-красным, в него перед окончанием варки добавляют немного уксусной или лимонной пищевой кислоты. Цвет меняется буквально на глазах.
В лабораториях широко используют индикатор фенолфталеин . Приготовим его из аптечных таблеток того же названия. Одну-две таблетки разотрите и растворите примерно в 10 мл водки. В любом случае таблетки растворятся не полностью, потому что кроме основного вещества, фенолфталеина, в них есть еще наполнитель - тальк или мел. Отфильтруйте полученный раствор через промокательную бумагу и перелейте в чистую склянку. Этот бесцветный раствор со временем не портится. Он пригодится для определения щелочной среды: в ней он мгновенно краснеет. Для проверки добавьте каплю-другую фенолфталеина к раствору стиральной соды.
Поговорим еще раз о растительных самодельных индикаторах. Когда-то было в моде писать приглашения на лепестках цветов. Писали их в зависимости от цветка и желаемого цвета надписи раствором кислоты или щелочи, пользуясь тонким пером или заостренной палочкой. Если хотите, попробуйте писать таким образом, но лепестки и растворы для письма подберите самостоятельно. Имейте в виду, что раствор должен быть не слишком концентрированным, иначе можно повредить нежный лепесток.
В одной из книг о растениях, относящейся к 1633 году, написано: «Если бросить цветы цикория в муравейник, они вскоре станут красными как кровь» ". В несколько позднее написанной работе «О ферментации», изданной в 1659 году, говорится, что «голубого цвета настойка фиалок при добавлении серной кислоты становится пурпурного цвета; если теперь добавить несколько капель нашатырного спирта, пурпурный цвет поменяется на зеленый...».(1)
Рассказывая об индикаторах нельзя не вспомнить о лакмусе. Лакмус - это краситель, полученный из некоторых видов лишайников семейства рочелловых. Он был известен уже в Древнем Египте и Древнем Риме, где его использовали в качестве краски - заменителя дорогостоящего пурпура. Затем рецепт приготовления лакмуса был утерян. Лишь в начале ХIV века во Флоренции вновь была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу. Похожее на орсейль красящее вещество было выделено в ХVII веке из гелиотропа - душистого садового растения с темно-лиловыми цветами. Роберт Бойль писал о гелиотропе: «Плоды этого растения дают сок, который при нанесении на бумагу или материю имеет сначала свежий ярко-зеленый 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 в 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 ученый М.Валентин назвал эту краску лакмусом. Химический состав его сложен. Важнейшее индикаторное соединение, которое содержится в количестве 4-5 % - азолитмин. Интервал перехода лакмуса находится в пределах от рН 4,5 до рН 8,3. Окраска изменяется с красной на синюю.
В некоторых странах краску, схожую с лакмусом, добывали из других растений. Простейшим примером служит свекольный сок, который также изменяет цвет в зависимости от кислотности среды.
С развитием химии число кислотно - основных индикаторов неуклонно росло и индикаторы растительного происхождения постепенно уступили место индикаторам химического синтеза. В 1871 году немецким ученым Адольфом Байером (1835-1917) был введен в практику кислотно-основной индикатор фенолфталеин (рис.1). В кислой и нейтральной среде этот индикатор бесцветный, а в щелочной среде он имеет малиновую окраску.
В ХIХ веке научились создавать более прочные и дешевые синтетические красители. В настоящее время их известно несколько сотен. В 1877 году П. Гриссом был открыт метилоранж (рис.2) В кислой среде он красный, в нейтральной - оранжевый, а в щелочной - желтый. Более яркая окраска свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной - желтый, а в щелочной - синий. В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его раствор используют как дезинфицирующее средство). Для того чтобы проверить это, надо приготовить разбавленный раствор бриллиантового зеленого: налить в пробирку несколько миллилитров воды и добавить в нее одну, две капли аптечного препарата. Раствор приобретет красивый зелено-голубой цвет. В сильно-кислой среде его окраска изменится на желтый, а в сильнощелочной - раствор обесцветится.(5)
Появление синтетических индикаторов дало толчок и к использованию лучших растительных экстрактов, которые были известны в прошлые времена (например, экстракт краснокочанной капусты еще Фарадей считал пригодным для использования в качестве индикатора). Свойства наиболее известных растительных индикаторов приведены в приложении в таблице 1.
В лабораторной практике наиболее часто используется универсальный индикатор - смесь нескольких кислотно-основных индикаторов. Он позволяет легко определить не только характер среды (кислая, нейтральная или щелочная), но и значение кислотности раствора.
Приготовление индикаторов
Для приготовления индикаторов из растительного сырья рекомендуется, прежде всего использовать окрашенные растения или их части. Известно также, что не дают изменения окраски в зависимости от среды желтые пигменты.
В литературе мне встретилось несколько способов приготовления индикаторов.(2,3,4) Знаменитый индикатор из сока краснокочанной капусты можно получить следующим образом: 40-50 граммов мелко нарезанной капусты залить 25 мл этилового спирта или водки, осторожно прокипятить, отфильтровать - индикатор готов.(2) Для получения индикатора из корней конского щавеля можно использовать высушенные корни. Их тонко измельчают, отвешивают 25 - 30 грамм и заливают 25% водным раствором аммиака (120 -150 мл). через 6 часов в вытяжку опускают сухую фильтровальную бумагу на 10 -12 минут, пока красящее вещество не адсорбируется целлюлозой. Затем бумагу промывают и сушат. Сухую бумагу розового цвета разрезают на ленточки и хранят в пакетиках.(4)
В домашних условиях удобно использовать вытяжки, которые готовят следующим образом: 50г плодов натереть на тёрке, залить 200мл воды и кипятить в течение 2-3минут. Затем охлаждённый и отфильтрованный раствор разбавить спиртом в соотношении 2:1 с целью предохранения раствора от порчи. Аналогично готовят вытяжки из лепестков цветов. Чтобы приготовить индикаторные бумажки надо полоски фильтровальной бумаги 2-3 раза пропитать вытяжкой из растений.(3)
Выбор растительного материала для приготовления индикаторов неограничен. 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.
В своей работе мы использовали свежевыжатый сок растений и ягодный сахарный сироп. В качестве контрольного раствора применялся раствор индикатора в воде (3 капли сока на 10 мл воды).
Сравнение свойств индикаторов
Сначала мы исследовали индикаторную способность у соков картофеля, моркови, свеклы, клюквы, калины, яблока, репчатого лука, чеснока, а также как контрольные - растворы аптечной настойки бриллиантового зеленого и настойки йода, об индикаторных свойствах которых мы уже знали из литературы. Растительное сырье для приготовления индикаторов было собрано на садовом участке и в пригородном лесу. Для создания разной среды мы в своих первых экспериментах использовали 1% раствор чайной соды, как слабощёлочной, а в качестве кислоты - 1 % раствор лимонной кислоты. Полученные результаты занесены таблицу 2.
В результате эксперимента мы убедиллись, 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. Например, бриллиантовый - зелёный вызывает демонстративные изменения окраски (в кислой среде - травяной зелёный, а в щелочной - бирюзово - синий), что полностью совпало с литературными данными. Из растительных индикаторов наиболее контрастные изменения получены у клюквы: в кислоте - красно-коричневая окраска, в щелочном растворе - сиреневая.
Для дальнейших исследований мы использовали индикаторы, приготовленные из сока репчатого лука, свеклы, фиалки, сиропа калины и черной смородины. Мы сравнили изменение окраски этих индикаторов с литературными данными и получил некоторое расхождение в определении цвета индикаторов из сока лука, черной смородины, калины. Вместо светло - фиолетовой окраски в кислой среде лук давал бесцветный раствор. Черная смородина вместо зеленого в щелочной среде показывала голубую окраску, а калина в той же среде вместо ярко-зеленого давала лимонный цвет. мы предположили, что это может быть связано с различными способами приготовления индикаторных растворов, с порогом чувствительности индикатора, с выбором вещества, используемого для создания определенной среды (таблица 3).
Затем мы исследовали чувствительность индикаторов к изменению среды в растворах с разной концентрацией. Мы взяли соки растений, которые дали наиболее заметные изменения в предыдущих опытах, а также те индикаторы, свойства которых отличались от литературных данных, чтобы испытать их в новых условиях. Так как нам было интересно использование индикаторов в бытовых условия, мы исследовали растворы веществ, встречающихся в доме. Для создания кислой среды мы использовали раствор уксусной кислоты с концентрацией 0,1%, 1%, 2%, 5%, 9%. В качестве щелочных растворов - растворы пищевой соды и строительной извести, концентрация растворов 0,1%, 3%, 1%, 5%, 10%.
Параллельно для сравнения с растительными индикаторами мы использовали индикаторы из школьной лаборатории: фенолфталеин, метилоранж, хромовый темно-синий, метиленовый синий, лакмус красный, метилоранжевая бумага и универсальная индикаторная бумага. Результаты наблюдений представлены в таблицах 4, 5, 6.
Опираясь на показания универсального индикатора мы сделали вывод, что индикаторные свойства зависят не только от самого индикатора, но и от вещества, которое используют в качестве средообразующего. Окраска индикатора проявляется ярче с увеличением концентрации испытуемых растворов. В результате эксперимента мы установили, что метиленовый синий на годится в качестве индикатора для испытуемых растворов, так как не наблюдалось изменение окраски ни в одном из случаев. Соки репчатого лука, свеклы, фиалки, калины, черной смородины, клюквы, которые мы использовали в качестве индикаторов, дают заметное яркое изменение окраски в щелочной среде. В кислой среде наиболее заметные изменения дают клюква и свекла. Как универсальный индикатор можно рекомендовать применение сока черной смородины, клюквы и свеклы, так как эти растворы показывают изменение окраски даже при переходе от слабокислого к слабощелочному раствору.
Исследуя свойства набора индикаторов из школьной лаборатории, мы выяснили, что наиболее ярко проявили индикаторные свойства в выбранных средах универсальная индикаторная бумага, хромовый темно - синий и лакмус красный, которые давали изменения окраски как в слабокислом, так и в слабощелочных растворах различной концентрации.
