Для чего нужны природные индикаторы

Для чего нужны природные индикаторы

ПРИРОДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Введение

Я решила выяснить как можно больше об этих удивительных веществах, и можно ли в качестве индикаторов использовать те природные материалы, которые есть дома.

Актуальность темы: сегодня большой интерес вызывают свойства растений и возможности применения их в химии, биологии и медицине.

Цель работы: изучить природные индикаторы и как их мы можем использовать в повседневной жизни.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

Изучить материал об индикаторах как химических веществах.

Изучить природные индикаторы.

Выяснить, как можно применять знания о природных индикаторах в повседневной жизни.

Для достижения поставленных задач я изучила литературу в библиотеке и кабинете химии, использовала материалы с сайтов Интернета, а так же использовала методы наблюдения, эксперимента, сравнения, анализа.

1.Химические индикаторы

1.1 История открытия индикаторов

Индикаторы (от лат.Indicator –указатель) – вещества, позволяющие следить за составом среды или за протеканием химической реакции[2]. На сегодняшний день в химии известно большое количество различных индикаторов как химических, так и природных. К химическим индикаторам относятся кислотно-основные, универсальные, окислительно-восстановительные, адсорбционные, флуоресцентные, комплексонометрические и другие [6].

Пигменты многих растений способны менять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока. Следовательно, пигменты являются индикаторами, которые можно применить для исследования кислотности других растворов. Общее название таких растительных пигментов флавоноиды. В эту группу входят так называемые антоцианы, которые обладают хорошими индикаторными свойствами.

Самый используемый в химии растительный кислотно-основной индикатор – лакмус. Он был известен уже в Древнем Египте и в Древнем Риме, где его использовали в качестве фиолетовой краски-заменителя дорогостоящего пурпура. Использование пигментов для определения среды раствора впервые научно применено Робертом Бойлем (1627 – 1691)[3]. 1663 год, 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 к исследуемому раствору, то можно будет узнать, кислый он или нет[6.2]. Бойль начал готовить настои из целебных трав, древесной коры, корней растений. Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из определенного лишайника. Кислоты изменяли его цвет на красный, а щелочи – на синий. Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить ее[3]. Так была создана первая лакмусовая бумажка, которая теперь имеется в любой химической лаборатории. Таким образом, было открыто одно из первых веществ, которые Бойль уже тогда назвал индикаторами.

1.2. Разновидности индикаторов

Химический энциклопедический словарь среди индикаторов выделяет: адсорбционные, изотопные, кислотно-основные, окислительно-восстановительные, комплексонометрические, люминесцентные индикаторы.

Моя работа посвящена кислотно-основным индикаторам. С развитием химии росло число кислотно-щелочных индикаторов. Индикаторы, полученные в результате химического синтеза: фенолфталеин, введенный в науку в 1871 году немецким химиком А.Байером, и метилоранж, открытый в 1877году [7.3].

Источник

Для чего нужны природные индикаторы

Введение

Каждый человек, который любит пить чай с лимоном, не раз замечал, что напиток при добавлении лимона становится светлее. При добавления уксуса в борщ суп становится ярко-красным, а при добавлении соды в тесто моего любимого торта «Черный принц» оно меняет окрас с буро-красного цвета в темно-зеленый. Почему же так происходит? Что заставляет цвета так быстро меняться?

Спросив об этом учителя химии, я узнала, что для этого есть несколько причин. Во-первых, есть различные растения, соки которых изначально имеют яркую окраску, а во-вторых на изменение окраски влияет условие, в котором оказались эти соки. Это условие называется среда раствора. Она бывает щелочной, нейтральной и кислой.

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? Тогда на помощь приходят индикаторы. В переводе с лытыни indicator – указатель. Они буквально указывают нам, где среди растворов кислая, щелочная или нейтральная среда.

Промышленность выпускает десятки разнообразных индикаторов. А как же быть в том случае, если дома у вас нет химических индикаторов, а необходимо определить реакцию среды продуктов питания или средств бытовой химии? Можно ли приготовить индикатор без использования химических реактивов? Какие растения могут использоваться в качестве индикаторов? Можно ли приготовить растворы растительных индикаторов самостоятельно? Пригодны ли самодельные индикаторы для использования при проведении экспериментов? Все эти вопросы и побудили меня к изучению темы «Индикаторы».

Мы поставили перед собой цель: рассмотреть возможность использования в качестве индикаторов растительное сырье.

В ходе работы нам пришлось решить следующие задачи:

познакомиться с имеющимися в химической лаборатории школы индикаторами, их действием на кислотную, щелочную и нейтральную среду;

выяснить, сок (отвар, настой) каких растений пригоден для определения среды растворов;

приготовить индикатор из доступного сырья и изучить его действие в различных средах;

разработать шкалу индикации различных сред на основе самодельного индикатора;

проверить его действие в бытовых условиях.

Объектом исследованиястали листья и цветы следующих растений: краснокочанная капуста, красная роза, каркадэ (Суданская роза), черная смородина, черноплодная рябина, Ирезине (приложение 1, рис.1-6).

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Историческая справка

Впервые вещества, меняющие свой цвет в зависимости от среды, обнаружил в XVII веке английский химик и физик Роберт Бойль. Он провел тысячи опытов [1]. Вот один из них.

Он приготовил для своих опытов водный настой лакмусового лишайника. 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.

Эксперименты следовали один за другим, проверялись васильки и другие растения, но всё же лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Так, в 1663 году, был открыт первый индикатор для обнаружения кислот и оснований, названный по имени лишайника лакмусом.

В 1667 году Роберт Бойль предложил пропитывать фильтровальную бумагу отваром тропического лишайника – лакмуса, а также отварами фиалок и васильков. Высушенные и нарезанные «хитрые» бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора.

Лакмус стал самым древним кислотно-основным индикатором. Надо сказать, что само красящее вещество лакмус был известен ещё в Древнем Египте и Древнем Риме. Его добывали из некоторых видов лишайников, произраставших на скалах Шотландии, и использовали в качестве фиолетовой краски, но со временем, рецепт его приготовления был утерян.

Что такое кислотность раствора?

Водородный показатель рН принимает значения от 0 до 14. Чем больше значение, тем меньше количества катионов водорода.

А что насчет второй половины воды – группы ОН?

Источник

Природные индикаторы, их свойства и применение

Понятие, свойства, назначение и история открытия индикаторов. Лакмус как самый известный кислотно-основной индикатор. Антоцианы, их свойства, особенности растений, содержащих антоцианы. Возможность использования природных объектов в качестве индикаторов.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

1.2 Антоцианы

2.1 Особенности фиалки и леканоры

2.2 Особенности растений содержащих антоцианы

2.3 Исследования природных объектов на возможность использования их в качестве индикаторов

Цель работы: изучение природных индикаторов их свойств и применение.

Объект исследования: разные части растений и их экстракты.

Задачи исследования: доказать возможность использования экстрактов плодов растений в качестве химических индикаторов.

Актуальность темы заключается в том, что в настоящее время возрос интерес к растениям в связи с их применением в различных областях науки, таких как химия, биология, экология и медицина. Например, по окраске растений и её интенсивности экологи определяют наличие вредных веществ в атмосферном воздухе и почве или определить кислотность почвы на участке. Растворы растительных индикаторов можно приготовить самостоятельно и применять в химической лаборатории и домашних условиях при необходимости определения среды раствора. Свойства растворов индикаторов зависит от способа получения;

Растворы индикаторов надо готовить прямо перед опытом, потому что они быстро портятся.

индикатор лакмус антоциан природный

Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский химик и физик Роберт Бойль.

Роберт Бойль готовился к началу, в ретортах что-то кипело, когда зашел садовник. Он принес корзину с фиалками. Он взял несколько цветков, понюхал и положил их на стол. Опыт начался, он открыл колбу, из нее повалил едкий пар. Когда опыт кончился, Бойль взглянул на цветы, они дымились. Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. Темно- фиолетовые лепестки фиалки, стали красными. Ученый приготовил разные растворы и в каждый опустили по цветку. 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. Эксперименты следовали один за другим. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Тогда 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.

Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь 10—15 различных субстанций.

Для получения лакмуса растительное сырьё измельчают до порошкообразного состояния и в течение нескольких недель вымачивают в содово-аммиачном растворе (сода или поташ + NH₄OH) при постоянном перемешивании. После отделения осадка полученный продукт высушивается и размалывается. В результате образуется порошок. Прессовка осадка с гипсом или мелом позволяет получить легко крошащиеся блоки готового сухого лакмуса.

1.2 Антоцианы

Вывод:

На первый взгляд, «хобби» к цветам было совершенно бесполезным и ничем не могло помочь Бойлю в его настоящей профессии, но ошибочно, что увлечения и наука не взаимосвязаны. Если бы Бойль не любил цветы и не принес бы корзину с фиалками в свою лабораторию, то неизвестно, кто, когда и каким образом открыл бы индикаторы. Открытие Боля сподвигло ученых исследовать растения на наличие красящих веществ и в 1913-1915 годах немецкий биохимик Рихард Вильштеттер открыл антоцианы.

2.1 Особенности фиалки и леканоры

Природный лакмус изготавливают из леканоры и фиалки. В чистом виде лакмус представляет собой тёмный порошок со слабым запахом аммиака. Хорошо растворяется в чистой воде, образуя растворы фиолетового цвета.

Основными компонентами лакмуса считаются:

· эритролитмин (англ. Erythrolitmin или Orcein Erythrolein, сост. С13H22O6);

Листья содержит слизь, соль виннокаменной кислоты, салициловую кислоту, витамин С. Препараты фиалки обладают отхаркивающим, мягчительным, потогонным и мочегонным действием. Лечебные свойства фиалки очень действенны при воспаление почек, боли в суставах, бронхит. Настой из фиалки употребляют при шуме в ушах, при заикании у детей.

Леканора съедобная род накипных лишайников семейство леканоровых порядка круглоплодных. Из леканоры готовят лакмус. Таллом в виде беловатых, сероватых, желтоватых, коричневатых и других толстых или тонких корочек.

2.2 Особенности растений содержащих антоцианы

Вишня обладает антисептическими и противовоспалительными свойствами. Вишневый сок утоляет жажду при повышенной температуре. Вишня благотворно влияет на центральную нервную систему, ее отвар применяли при психических заболеваниях и эпилепсии.

Сливы богаты витаминами и минералами, антицианинами, подавляющими опухолевые процессы.

Шиповник является настоящим рекордсменом по содержанию иммуностимулирующего витамина С, богаты плоды и витаминами А, К, Е, Р, антиоксидантами и другими минеральными и биологически активными веществами. Благодаря отсутствию токсичности, его можно принимать в любых дохах и количествах, не опасаясь развития побочных эффектов.

Отвары из шиповника являются желчегонным, поливитаминным, слабомочегонным, понижающим артериальное давление средством. Плоды и корни стимулируют выработку кровяных телец, укрепляют сосуды, улучшают пищеварение и аппетит, повышают сопротивляемость организма к простуде и различным инфекциям.

Сок и чай из шиповника полезен для почек, желудка, печени и всего желудочно-кишечного тракта, выводит соли, токсины и шлаки из организма, нормализует кровообращение, активизирует обмен веществ, улучшает память, замедляет старение, предотвращает атеросклероз, дарит хорошее настроение и бодрость.

Плоды облепихи и облепиховое масло уменьшают боли и прекращают воспалительные процессы, ускоряют грануляцию и эпителизацию тканей, способствуют быстрому заживлению ран и обладают бактерицидным и поливитаминным действием.Масло облепихи используют и для приема внутрь и для наружного применения. Оно обладает болеутоляющим эффектом, ранозаживляющими и противовоспалительными свойствами. Лечит пролежни, трофические язвы, гнойные раны, ожоги.

Употребляя облепиху регулярно и в небольших количествах, можно избежать многих заболеваний и поддерживать организм в зимний период.

Полезные свойства антоцианов используются в медицине при производстве различных биологических добавок, особенно для применения в офтальмологии. Ученые обнаружили, что антоцианы хорошо накапливаются в тканях сетчатки. Они укрепляют ее сосуды, уменьшают ломкость капилляров, как это бывает, например, при диабетической ретинопатии. Антоцианы улучшают строение волокон и клеток соединительной ткани, восстанавливают отток внутриглазной жидкости и давление в глазном яблоке, что используют при лечении глаукомы.

Применение и биохимическая роль природных индикаторов.

Свойства природных индикаторов имеют широкое применение (приложение 3).

2.3 Исследование природных объектов на возможность использования их в качестве индикаторов

Для исследования были взяты плоды: облепиха, черная смородина, вишня, слива, шиповник.

Результаты исследования (приложение 4).

Растения, содержащие антоцианы обладают не только как индикационными свойствами, но и как рядом других полезных свойств.

Они широко используются в традиционной и нетрадиционной медицине. Синтез антоцианов в листьях растений в условиях антропогенного загрязнения может служить диагностическим признаком экологического состояния среды.

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

* должно быть слабой кислотой или слабым основанием;

* его молекулы и ионы должны иметь разную окраску;

* окраска их должна быть чрезвычайно интенсивной, чтобы быть заметной при добавке к испытуемому раствору малого количества индикатора.

· Природные индикаторы можно использовать на уроках химии, элективных курсах.

· Для определения состава лекарств, которые употребляют для лечения, можно использовать природные индикаторы.

· Результаты исследовательской работы можно использовать для определения рН (водородный показатель) различных растворов, например, молочных продуктов, бульонов, лимонада и других, а также для определения кислотности почвы, так как на одной и той же почве в зависимости от ее кислотности один вид растений может давать высокий урожай, а другие будут угнетенными.

Источник

Обзор исследовательской работы «Природные индикаторы»

Дата публикации: 16.09.2018 2018-09-16

Статья просмотрена: 2878 раз

Библиографическое описание:

Бузмакова, Е. В. Обзор исследовательской работы «Природные индикаторы» / Е. В. Бузмакова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 37 (223). — С. 4-8. — URL: https://moluch.ru/archive/223/52656/ (дата обращения: 29.12.2021).

Статья посвящена обзору работы «Природные индикаторы». В результате анализа нами переосмыслены вопросы изучения природных индикаторов, история открытия, основная терминология. Также в работе в табличной форме представлены природные элементы, — сырье для приготовления индикаторов. На основе рассмотренного исследования автором определена возможность использования экстрактов плодов растений в качестве химических индикаторов и даны рекомендации для дальнейшего исследования.

Ключевые слова: индикатор, раствор, кислая среда, нейтральная среда, щелочная среда, качество индикаторов

В природе каждый день мы соприкасаемся с различными веществами, окружающими нас. Год назад мы начали свое знакомство с таким предметом, как химия. И возникло множество вопросов. Сколько веществ в нашем мире можно насчитать? Какие они? В чем заключается их значение и какую пользу они несут в себе? Особый интерес вызывают такие вещества, как индикаторы. Что же это такое?

На занятиях в процессе изучения темы «Важнейшие классы неорганических соединений» мы работали со следующими индикаторами: лакмус, фенолфталеин и метилоранж. Отметим, что индикаторы широко применяют в химии, в том числе и в школе. Любой ученик общеобразовательной школы сможет ответить на вопрос о том, что такое фенолфталеин, лакмус или метилоранж. К использованию индикаторов прибегают для определения реакции среды.

Как мы отмечали выше, при помощи индикаторов мы можем определить среду раствора. Их значение заключается в том, что в лаборатории или на заводе индикаторы способны продемонстрировать нам, прошла до конца химическая реакция или нет, достаточно ли добавлено одного реактива к другому и т. п.Актуальность рассматриваемой работы заключается в том, что под рукой может не оказаться необходимого химического индикатора, в связи с чем возникает необходимость знания аналогов — того из чего можно приготовить определенный индикатор. В работе выдвинут основной вопрос: можно ли в качестве индикаторов использовать природные материалы, окружающие нас?

Для начала рассмотрим сущность понятия индикатор и его основные виды. Это химическое вещество, которое изменяет окрас, люминесценцию или образует осадок в зависимости от среды и концентрации компонента в растворе [1].

Индикаторная бумага — бумага, пропитанная химическими реактивами, предназначенная для ориентировочного определения концентрации веществ [10].

Кислотно-основные индикаторы — растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет или люминесценцию в зависимости от концентрации ионов Н+ (pH среды). Такие индикаторы резко изменяют свой цвет в достаточно узких границах pH [11].

Универсальные индикаторы — это смесь нескольких индикаторов, подобранных так, что их раствор поочередно меняет окраску, проходя все цвета радуги при изменении кислотности раствора в широком диапазоне pH [10].

Характер среды имеет большое значение в химических и биологических процессах, в зависимости от типа среды эти процессы могут протекать с различными скоростями и в разных направлениях. Поэтому во многих случаях важно как можно более точно определять среду раствора. Существует нейтральная среда — рН = 7, рН 7– щелочная [5]. Среду исследуемого раствора можно приблизительно определить по окраске индикаторов.

В рассматриваемой работе также представлен опрос, который проводился в нескольких группах респондентов, целью которого было определение знаний об индикаторах среди обучающихся в школе (см. рис.1). Рассмотрим результаты двух вопросов, которые представляют наибольший интерес. Так на вопрос: «Знаете ли вы что такое индикаторы?», который включал три варианта ответа: знаю, не знаю, слышал, ярко демонстрирует, что среди 76 опрошенных 42 % уверенно знаю, что это такое, 47 % слышали, и лишь оставшиеся 11 % не знают.

Рис. 1. Опрос «Знаете ли вы что такое индикаторы?»

А ведь красящие вещества (которые выделялись из растений) были известны и популярны уже в Древнем Риме и Древнем Египте. Активное их применение в качестве индикаторов берет свое начало в 17 веке и связанно с именем ученого физика и химика — Роберта Бойля. Однажды, когда ученый проводил исследование, вошел садовник, который принес фиалки. Цветы были оставлены на столе, и к моменту окончания работы исследователь увидел, что они дымились. С целью их спасения он опустил цветы в стакан с водой, где фиолетовые лепестки фиалок стали красными. Так, Бойль был заинтересован и продолжил опыты. Исследователь сделал вывод о том, что цвет лепестков 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. Так, впервые была изготовлена лакмусовая бумажка, которой Бойль дал название — индикатор.

Выделим индикаторы производственные и самодельные. И как же быть в том случае, если в наличии нет «настоящих» химических индикаторов? Здесь на помощь придут самодельные индикаторы из природного сырья. Они окружают нас, просто мы не задумываемся об этом. Это растительные индикаторы, которые пригодны для использования в быту. Сок свеклы, например, в кислой среде меняет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной — на желтый, обладая знаниями о свойствах свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким, для этого нужно добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты. Если в стакан с крепким чаем добавить сок лимона или растворить немного лимонной кислоты, то чай станет намного светлее. А при растворении в чае питьевой соды, наоборот, потемнеет.

В качестве природных индикаторов чаще всего используют соки или отвары ярко окрашенных плодов или других частей растений. Такие растворы нужно хранить в темной посуде. Но у природных индикаторов есть определенный недостаток: они достаточно быстро приходят в негодность — скисают или плесневеют, также трудно или невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, которые резко меняют свой цвет в достаточно узких границах рН.

Вернемся к вопросу о том, какие индикаторы применимы дома и применяются ли они респондентами. Исходя из данных опроса больше половины, а именно 60 % респондентов не прибегают к применению индикаторов, в отличии от них 40 % опрашиваемых пользуются индикаторами (см. рис. 2).

Рис. 2. Опрос «Применяете ли вы индикаторов в быту?»

Для ответа на вышеозначенный вопрос было проведено исследование отваров плодов и растений, таких как, морковь, раствор порошка куркумы, смородина (ягода), свекла, клюква (ягоды), малина (ягоды). Были приготовлены отвары обозначенных растений и плодов. Отвары готовились непосредственно перед опытом следующим образом: к 30 граммам ягод добавляли 1 столовую ложку горячей воды, доводили раствор до кипения, охлаждали, давали раствору отстоятся, отфильтровывали, готовым отваром были пропитаны полоски фильтровальной бумаги, которые высушивались, хранили в темной посуде, испытывалось действие приготовленных индикаторов в растворах со щелочной средой (раствор соды), с кислой средой (раствор уксусной кислоты). Все взятые для исследований растворы меняли или не меняли свой цвет в зависимости от среды. Результаты полученных исследований были занесены в таблицу (см. таблицу 1).

Изменение цвета

Сырье для приготовления индикатора

Естественный цвет индикатора

Цвет врастворе

В кислой среде pH 7

(пищевая сода)

В нейтральной

среде pH=7

Источник