Открытый педагогический форум "Новая школа"

Актуальность и новизнатемы 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. Целью даннойработы является научиться готовить индикаторы из растительного сырья и исследовать изменение их окраски в различных средах. Цель исследования определяет следующиезадачи: провести химический анализ почвы учебно - опытного участка; приготовить растворы индикаторов, которые бы указывали на присутствие кислоты или основания; приготовить бумажные индикаторы, показывающие наличие оснований и кислот. Гипотеза:Могут ли растения данной местности служить биоиндикаторами кислотности как экологически безопасные для здоровья человека. Объект исследования: Цветки, листья, ягоды, плоды, кора, корни растений. Предмет исследования: Содержание пигментов в растительном сырье. В ходе исследования среды растворов растительными индикаторами, по изменению окраски экстрактов растительных индикаторов под действием различных реактивов, мы пришли к следующим выводам: красящие вещества растений в кислой среде дают оттенки красных тонов, в щелочной среде - зелёные, синие, жёлтые; растительные пигменты некоторых ранних овощей (свекла, фиолетовая капуста) и ягод нашего края дают менее яркую окраску в кислой среде по сравнению с растениями западной части нашей страны, возможно, это связано с тем, что у нас слабокислая реакция среды, очень затяжная холодная весна; преимущество растительных индикаторов в том, что они доступны; недостаток растительных индикаторов в том, что они изменяют окраску независимо от концентрации кислот и щелочей. Концентрация реакционной среды лишь влияет на интенсивность окраски; в качестве индикаторов кислотности нашей местности предлагаем следующие растения: а) ягоды (их часто замораживает местное население, и они всегда могут оказаться под рукой): брусника, голубика, черная и красная смородина, черёмуха. б) Лепестки цветов: вьюн (фиолетовый), портулак (розовый и красный), горошек, подснежник, живокость полевая, василёк (огородный сорняк), малинка (фиолетовая), комнатная герань, полевая герань, клевер (красно-фиолетовый); красящие вещества растений могут иметь применение для кондитеров, продавцов, кулинаров, домохозяек, лаборантов, учителей химии, тифлопедагогов; опыты с черёмухой и живокостью полевой дают основания для характеристики местных почв как карбонатных.

Статья:

Направление: химия

Тема: « Индикаторы своими руками»

Данилова Мария

Ильинская СОШ, Прибайкальского района,

Республика Бурятия, 9 класс

Научный руководитель:

Тукачёва Виктория Михайловна

Учитель химии

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………….5-6
Основная часть………………………………………………………………………6

2.1.Природные красители ………………………………………….................. 6-7

2.2.Понятие об индикаторах…………………………………………………… 7-8

2.3.Исследование среды растворов растительными индикаторами ………… 8-11

Заключение…………………………………………………………………………..12
Литература……………………………………………………………………………13

5. Приложения…………………………………………………………………… …14-23

1. Введение

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» [8. c.278].

Целью данной работы является научиться готовить индикаторы из растительного сырья и исследовать изменение их окраски в различных средах.

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

Задачи:

провести химический анализ почвы учебно - опытного участка;
приготовить растворы индикаторов, которые бы указывали на присутствие кислоты или основания;
приготовить бумажные индикаторы, показывающие наличие оснований и кислот.

Предмет исследования: содержание пигментов в растительном сырье.

Объекты исследования: цветки, листья, ягоды, плоды, кора, корни растений.

Краткий обзор использованной литературы. Использование частей растений как красители и индикаторы предлагается в статьях Аликберововой Л. Ю. «Занимательная химия»; Савиной Л. А. «Я познаю мир», в которых рассматриваются и природные красители; в статье Николаева Н. Г., Ишковой Е. В. «Краеведение», даётся методика проведения химического анализа почвы. К книге Сомина Л. Е. «Увлекательная химия», предлагаются увлекательные опыты, в том числе опыт с черникой, как природным индикатором. Мы посчитали целесообразным провести исследование растений нашего региона как биоиндикаторы, с учетом резко- континентального климата.

Источниковая база содержит материалы, опубликованные в научной литературе и периодических изданиях, также полевые материалы автора, собранные методом сбора и фотосъемки.

Методы исследования. В работе были использованы описательный и сравнительный методы научного исследования, микрометод. Для сбора материала применялись интервьюирование и фотографирование.

Практическая значимость. Наши исследования могут представлять интерес для кондитеров, продавцов, поваров, учителей химии, тифлопедагогов, лаборантов, домохозяек и др. Мы считаем, что именно в этом заключается прикладная ценность работы.

2. Основная часть

2.1 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 [ 9, стр.337].

Главной составной частью краски является краситель. Краситель - это красящее химическое соединение, придающее материалу определённый цвет [4, стр.150].

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. [2. с. 362]; (приложение № 5).

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 [4, стр. 51].

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 [7, стр. 51].

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 [7, стр. 58].

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 [4, стр.122].

С развитием химии природные красители стали вытесняться синтетическими. В наши дни насчитывается более 15000 красителей самых различных оттенков принадлежащих к разным классам соединений [4, стр. 123].

2. 2 Понятие об индикаторах

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

В кислой среде у раствора кислый вкус и в нем избыток катионов водорода (оксония), когда щелочная - в растворе избыток гидроксидных анионов. Если в растворе катионов оксония и гидроксид – анионов поровну, то среда считается нейтральной. Катионы Н+ и анионы ОН - непрерывно борются за первенство, а быстро определить, кто в их состязаниях победитель, нам помогают судьи этой олимпиады – кислотно-основные индикаторы. [2, стр. 320]

Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус. Лакмус – водный настой лакмусового лишайника, растущего на скалах в Шотландии. Этот индикатор случайно открыл в 1663 году английский химик и физик Роберт Бойль. Позднее настоем лакмуса стали пропитывать фильтровальную бумагу; её высушивали и получали таким способом индикаторные «лакмусовые бумажки», синие в щелочном и красные в кислом растворах.

Фенолфталеин, который применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен. Что касается индикатора метилоранжа, или, иначе, «метилового оранжевого», он действительно оранжевый в нейтральной среде. В кислотах его окраска делается розово – малиновой, а в щелочах - желтой.

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. [7, стр. 120-121]

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 щелочной среде обесцвечивается, а в кислой - краснеет. Вот почему такой аппетитный цвет у борща с квашеной капустой [7, стр. 120-121].

2.3 Исследование среды растворов растительными индикаторами

Однажды, интересуясь химией, мне посчастливилось познакомиться с книгой Аликберовой Л. Ю. «Занимательная химия» [2] (слайд № 5) где предлагалось найти индикаторы кислотности, приготовленные из растительного сырья растений. Для исследования было решено брать растения своей местности, но для сравнения использовать травы и растительные чаи, поступающие в розничную торговлю.

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

Очень много растений предстояло испытать с учебно-опытного участка школы, поэтому, вначале нас интересовал химический состав почвы. Методика определения химического состава почв была взята из «Краеведения» [5, стр.24]; (приложение № 1, № 2, № 3). Проведенный нами химический анализ почвы показал содержание карбонатов, сульфатов, закисного железа, слабокислой реакции среды (приложение № 4; слайд № 6).

По изменению окраски экстрактов растительных индикаторов можно определить среду раствора. Под руководством своего научного руководителя мне предстояло красящие вещества растений, которые находятся в клеточном соке, перевести в раствор. В ступке пестиком растирал цветы, ягоды, листья и стебли, корни (прил.); шелуху лука, кору, высушенные лепестки, стебли растений, взятых с розничной торговли, приходилось заваривать (брали для сравнения). Добавлял немного спирта. Процесс извлечения компонента называется экстракцией, а приготовленный раствор - экстрактом (вытяжка). Полученный экстракт набирал в «пипетку» - приспособление из-под «Иммунала» (из-за удобной делительной мерки). Работал микрометодом, пользуясь ячейками для проведения опытов. В работе были использованы следующие вещества: уксус (СН₃СООН), раствор хозяйственного мыла (С₁₇Н₃₅СООН) и мыла «Dove», известковая вода (Са (ОН)₂), раствор пищевой соды (NаHCO₃), сок квашеной капусты, раствор аспирина, нашатырный спирт (NH_{3 *}H₂О), раствор лимонной кислоты, перекись водорода (Н₂О₂), вода (Н₂О).

Начали работу с белых лепестков черёмухи, дикой яблоньки как с цвета начинания. (приложение № 6, № 7). В кислой среде наблюдается белое окрашивание, щелочной - бело-жёлтое, жёлтое, жёлто-зелёное; нейтральной - белое. Красящие вещества синих лепестков в кислой среде дают фиолетовую окраску, фиолетово-жёлтую, фиолетово-розовую; щелочной - синюю, фиолетово-розовую, ярко-зелёную, зелёную; нейтральной - синюю; красных (красный цвет- символ здоровья и силы!) в кислой - красные; щелочной - красные, коричневые; нейтральной – красные (слайд № 7 ). У розовых в кислой - ярко-розовые, щелочной - слегка фиолетовые, жёлтые - в центре и в нейтральной среде – розовые (слайд № 8). Голубых лепестков нам предстоит ещё проанализировать; фиолетовые в кислой - розовые, жёлтые, бело-жёлтые, прозрачные; щелочной - зелёные, бело-зелёные, бело- фиолетовые, светло-фиолетовые, бирюзовые, салатные, светло-зелёные; нейтральной – фиолетовые (слайд № 14). У оранжевых цветов в кислой - бело-оранжевые, щелочной - жёлто- оранжевые, зелёно – оранжевые, нейтральной – оранжевые (слайд № 9). У жёлтых цветов красящие вещества (жёлтый цвет способствует умственной деятельности!) не меняют окраску среды (слайд № 10).

За зелёную окраску (цвет, успокаивающий нервную систему! ) мы брали, к примеру, салат. В кислой среде – зелёная окраска, щелочной - светло-жёлтая, бело-жёлтая. В нейтральной - бело- зелёная, зелёная (слайд № 11). Шелуха лука даёт коричневую окраску в кислой и нейтральной среде, щелочной - жёлтую, ярко-жёлтую, светло-жёлтую (слайд № 15). Свекла (ранняя) в кислой и нейтральной среде даёт бордовую окраску (красящее вещество свеклы бетанидин - малиново-красный и сопутствующий ему желтый краситель) щелочной - тёмно-бордовую, тёмно-жёлтую, фиолетовую, темно-фиолетовую, тёмно-жёлтую, розовую (слайд № 16). Фиолетовая капуста (краснокочанная): брали раннюю, в фазе не более 10 листочков (в краснокочанной капусте пигмент рубробрасилхлорид) в кислой среде фиолетовая, слегка фиолетовая, мутно-жёлто-зелёная, грязно-зелёная. Щелочной - бело-зелёная, ярко-бело-зелёная, светло-зелёная; нейтральной - грязно- зелёная (слайд № 17). Морковь (ранняя) светло- оранжевая в кислой среде; белая, бело-жёлтая, светло-жёлтая в щёлочной, светло – оранжевая в нейтральной (слайд № 21).

Вишня (неспелая) дала нам розово- оранжевую окраску в кислой среде, щелочной – бело-розовая; серо-белая, серая, прозрачно-серая; в нейтральной – красная (слайд № 18). Брусника в кислой среде - ярко – красная; в щелочной - бело – розовая, сине – зелёная, фиолетовая, тёмно – фиолетовая, ярко-красная; в нейтральной – ярко – красная (слайд № 19). Голубика в кислой среде - бордовая, розовая, светло- фиолетовая; в щелочной среде - фиолетовая, бело- розовая, тёмно- зелёная, синяя, зелёная; в нейтральной среде – бардовая (слайд № 20). Чёрная смородина ( неспелая ); в кислой среде - розовая, розовая ( желтизна в центре ); в щелочной среде - бело- розовая, светло- зелёная, грязно- зелёная; в нейтральной среде – розовая (слайд № 22). Красная смородина в кислой среде - красная, жёлто- красная; в щелочной среде - бело- розовая, бело- зелёная, фиолетовая; в нейтральной среде – красная (слайд № 23). Черёмуха ( неспелая ) в кислой среде - красная, ярко- красная, светло- красная; в щелочной среде - фиолетовая, зелёная, грязно- зелёная; в нейтральной среде – красная (слайд № 24).

К моему большому удивлению и восхищению, мы пронаблюдали вскипание в опытах с живокостью полевой и черемухой при приливании к ним уксусной кислоты ( в случае с черёмухой это наблюдалось и при приливании лимонной кислоты). Полагаем, что это было выделение углекислого газа в связи с карбонатностью наших почв.

Любая работа должна выливаться в практическую ценность. В процессе опытов как-то само - собой пришло предложение покрасить яйца кисели, соки, масло, сметану нашими натуральными красителями. 15 апреля наступит праздник Святой Пасхи праздник Символ праздника - крашеное яйцо. Мы предлагаем своим сельчан красить яйца испытанные нами природные красители. Лепестки суданской розы (чай каркадэ) дают голубовато – фиолетовое окрашивание после кипячения, вареные в «чае» - серое, капание «сока» даёт бордовую окраску (слайд № 25). Протертое свекольным соком яйцо окрашивается в бордовый цвет (слайд № 25). Шелуха лука - коричневый цвет, кора берёзы красит в бурый цвет из-за своего белого пигмента бетулина (слайд № 27). Комнатная герань красит в фиолетовый цвет, кора лиственницы в бордовый цвет (слайд № 28). Хна зелёная - в бледно-коричневую окраску.

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 [2 с . 41].

Заключение

«Производство БАД без консервантов и красителей позволяет нам создать высококачественную продукцию, безопасную для здоровья человека, с максимальным сохранением всех полезных свойств компонентов, входящих в состав чая». Такую запись мне посчастливилось прочитать на рекламном оформлении чая «Похудей». Наша работа была нацелена в первую очередь на здоровье человека, когда многие продукты питания, включающие в свой состав красители, вызывают аллергические реакции. Из-за ослабленности здоровья многих нынешних школьников учителям химии часто приходится искать альтернативу для химических реактивов. Наша работа преследовала цель помочь учителям, лаборантам-химикам. В ходе исследования среды растворов растительными индикаторами, по изменению окраски экстрактов растительных индикаторов под действием различных реактивов, мы пришли к следующим выводам:

Красящие вещества растений в кислой среде дают оттенки красных тонов, в щелочной среде - зелёные, синие, жёлтые.
Растительные пигменты некоторых ранних овощей (свекла, фиолетовая капуста) и ягод нашего края дают менее яркую окраску в кислой среде по сравнению с растениями западной области, возможно, это связано с тем, что у нас слабокислая реакция среды, очень затяжная холодная весна.
В качестве индикаторов кислотности нашей местности предлагаем следующие растения: а) ягоды (их часто замораживает местное население и они всегда могут оказаться под рукой): брусника, голубика, черная и красная смородина, черёмуха; б) Лепестки цветов: вьюн (фиолетовый), портулак (розовый и красный), горошек, подснежник, живокость полевая, василёк (огородный сорняк), малинка (фиолетовая), комнатная герань, полевая герань, клевер (красно-фиолетовый).

4. Красящие вещества растений могут иметь применение для кондитеров, продавцов, кулинаров, домохозяек, лаборантов, учителей химии.

5. Опыты с черёмухой и живокостью полевой дают основания для характеристики местных почв как карбонатных.

4. Литература

1. Алексеева А. А.. Лекарственные растения Бурятии / 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.