Исследование среды растворов pH – индикаторами на основе растительного материала

История открытия веществ, о которых пойдет речь, началась в XVII в. в лаборатории известного английского физика и химика Роберта Бойля (1627 – 1691). В лаборатории, как обычно, кипела напряженная работа: горели свечи, в ретортах нагревались разнообразные вещества. В кабинет к Бойлю вошел садовник и поставил в углу корзину с великолепными темно–фиолетовыми фиалками. В это время Бойль собирался проводить опыт по получению серной кислоты. Восхищенный красотой и ароматом фиалок, ученый, 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: темно-фиолетовые фиалки стали красными. Естественно, Бойль, как истинный ученый, не мог пройти мимо такого случая и начал исследования.

Он обнаружил, что и другие кислоты окрашивают лепестки фиалок в красный цвет. Ученый подумал, что если приготовить из лепестков настой и добавить немного у исследуемому раствору, то можно будет узнать, кислый он или нет. Бойль начал готовить настои из целебных трав, древесной коры, корней растений. Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из лакмусового лишайника. Кислоты изменяли его цвет на красный, а щелочи – на синий. Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить ее. Так была создана первая лакмусовая бумажка, которая теперь имеется в любой химической лаборатории. Клочок такой бумажки, погруженный в испытуемый раствор, изменяет свой 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».

(метилоранж) в кислой среде красный, в нейтральной – оранжевый, а в щелочной – желтый. Более яркая цветная гамма свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной – желтый, а в щелочной – синий. Фенолфталеин – бесцветное кристаллическое вещество сложного строения, молекула которого включает три бензоловых цикла, связанных через атом углерода и две гидроксильных группы. Фенолфталеин мало растворим в воде и хорошо растворим в этиловом спирте. Он может служить кислотно-основным индикатором: его раствор бесцветный в нейтральной и кислой средах. Раствор фенолфталеина для химических лабораторий обычно содержит 0,1г этого индикатора, в 125 мл этанола добавляют 25 мл воды. Фенолфталеин это не только индикатор, но и лекарственное средство и поэтому продается в аптеках. Синтез фенолфталеина впервые осуществил в 1871 году немецкий химик Адольф Фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии. В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – «зеленка»). Для того, чтобы проверить это надо приготовить разбавленный раствор бриллиантового зеленого: налить в пробирку несколько миллилитров воды и добавить одну – две капли аптечного препарата. Раствор приобретает красивый зелено – голубой цвет. В сильнокислой среде его окраска сменяется на желтый, а щелочной раствор обесцветится.

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

Растительные индикаторы

Во многих плодах и цветах содержатся красители, которые изменяют свой цвет в зависимости от кислотности среды. А это значит, что они могут служить индикаторами.

Летом наберите цветы и ягоды в саду и в лесу. Это могут быть ирисы, анютины глазки, тюльпаны, черника, ежевика, голубика, малина и т. п. Высушите собранные лепестки и плоды впрок, на зиму, и храните их в отдельных коробочках.

Растворы индикаторов надо готовить прямо перед опытом, потому что они быстро портятся. Возьмите немного свежих или высушенных плодов или лепестков, положите в пробирку и нагрейте на водяной бане. Отвар профильтруйте и перелейте в чистую склянку.

Чтобы знать, какой раствор служит индикатором на ту или иную среду, как изменяется его цвет, приготовьте отвары из всех собранных растений и испытайте их в кислой и щелочной среде. Например, ярко – синий отвар цветов ириса в кислой среде становится красным, а в щелочной – зелено- голубым.

Неплохими индикаторами могут оказаться и некоторые соки. Например, виноградный, свекольный, сок красной капусты.

Актуальность исследования.

Одно из популярных направлений химических исследований в настоящее время является изучение растительных индикаторов.

Изучение кислотно-основных индикаторов заложено крупнейшими учёными такими, как Роберт Бойль, М. Валентин, Адольф Фон Байер и др.

Несмотря на наличие большого количества научных работ, данная проблема ещё до конца не изучена. Интересную информацию химики получают при исследовании все новых растений.

На основе знаний, полученных мной из курса химии, я решила провести исследовательскую работу в своём родном селе Дмитровский Погост Шатурского района и его окрестностях.

В кабинете химии нашей Коробовской школы содержится несколько видов фиалок. У меня возникло желание ближе познакомиться, выявить сходство и различие химических и растительных индикаторов.

Таким образом, объектом нашего внимания стали фиалки, клюква, черноплодная рябина, свекольный сок, сок крапивы, цветной капусты и т. д.

Село Дмитровский Погост является территориальной единицей Шатурского района. Сбор растительного материала провела в различных местах: саду, лесу, на болоте. Необходимо было найти эти растения и многократно исследовать. Клюкву в октябре собирала с родителями в окрестностях деревни Тельмы на болоте; капусту, свёклу вырастила на своём домашнем участке; вишню, черноплодную рябину, ирисы собирала в саду.

Весь химический эксперимент проводила в школьной лаборатории совместно с руководителем проекта. Эта работа оказалась необычно интересной и полезной. Вызывает желание узнать и получить больше информации об использовании и других растений нашего села. Изучив материал, я пришла к выводу, что труд ученых химиков действительно был сродни химических открытий, и я не зря работала над этой темой, так как и мои маленькие открытия приносят пользу для химического образования учащихся.

Для исследования мне понадобился растительный материал: сок капусты, свеклы, клюквы, крапивы, черноплодной рябины, вишни, лепестки фиалки, ириса, щавель. Химические реактивы: дистиллированная вода, щелочь, кислота. Химическое оборудование: химические стаканчики, пробирки, микропробирки, оборудование для получения дистиллированной воды, пипетки, водяная баня, механический пресс, фильтровальная бумага, воронка.

1. Растительный материал (6-7 крупных листьев или 8-15 мелких листьев, или 2-3 граммов плодов) кипятить в 100 мл воды в течение 5-10 минут. Затем отфильтровать настой и отметить цвет.

2. В несколько пробирок налить 5 мл водных растворов щелочи и кислоты известных концентраций, дистиллированной воды.

3. Отметить изменение окраски растворов при добавлении к ним 2-3 мл настоя, используя предложенные таблицы.

Результаты исследования.

Шкала цветовых переходов настоев некоторых растений в различных средах.

Растения Кислотная среда pH < 7 Нейтральная среда pH = 7 Щелочная среда pH > 7

Вишня Алый Вишневый Синий

Клюква Алый Красный Синий

Крапива Розовый Коричневый Желтый

Рябина черноплодная Красный Бордовый Зеленый

Фиалка фиолетовая Розовый Фиолетовая Желтый

Свекла Розовый Бордовый Желтый

Щавель Коричневый Зеленый Зеленый

Цветная капуста Розовый Голубой Желтый

Ирис Красный Ярко-синий Зелено-голубой

Шкала цветных переходов свеклы столовой.

№ Цвет вытяжки pH

1 Малиновый 1 – 4

2 Красный 5 – 6

3 Бордовый 7 – 9

4 Коричневый 10

5 Желтый 11 – 12

Растительный материал, на основе которого приготовлены pH – индикаторы.

Ирис Цветная капуста

Черника Клюква

Щавель Свекла

Вишня Фиалка

Домашний опыт.

Приготовление раствора индикатора: а) прокипятите 5 – 10 минут листья краснокочанной капусты в кастрюле с водой и перелейте отвар в стакан; проверьте этим отваром какую среду имеют растворы соды и нашатырного спирта; б) приготовьте черносмородиновый компот и пропитайте полоски бумажных салфеток; такие полоски в кислых растворах будут ярко- красные, а в щелочах – ярко-синие.

Проверьте среду растворов лимонада, бульона, кефира, молока, лимона, яблока, щавеля и других продуктов.

Вывод: в листьях красной капусты находится красящее вещество, которое называют антоциан. Если добавить к раствору антоциана немного кислоты, то фиолетовый раствор покраснеет. Если же к раствору добавить щелочь, то раствор станет синим, даже зеленым.

Получить раствор антоциана можно также из спелых вишен или черешен. Из плодов необходимо выжать сок, который окрашен в красный цвет. Для опыта нам удобнее иметь раствор фиолетового цвета.

Приготовим его так: добавим щелочь в красный раствор сока до тех пор, пока он не станет фиолетовым. Для этого следует смочить щепку несколькими каплями щелочи и перемешать ею приготовленный красный раствор. Раствор такого красителя можно приготовить и из других плодов, например черной смородины, черники. Поскольку в таких плодах красящее вещество находится, главным образом, в кожуре, то плоды следует бросить в кипящую воду, затем удалить процеживанием.

Выводы.

- Цвет листьев, плодов, цветков растений определяется наличием пигментов, относящихся к группе антоцианов. Антоцианы содержатся в клеточном соке и хорошо растворимы в воде.

- Представители изученных растений (клюква, вишня, черноплодная рябина, крапива, капуста) могут быть использованы в качестве pH – индикаторов

- Растительные индикаторы доступны, безопасны в использовании, экономичны.