Исследовательская работа на тему " Определение кислотности почвы с помощью природных индикаторов"

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

Сокольниковская средняя общеобразовательная школа

Определение кислотности почвы с помощью природного индикатора

Естественные науки

Толстых Анастасия Андреевна,

Глухова Маргарита Павловна,

обучающиеся 9б класса,

Котухова Ирина Владимировна,

учитель химии

         п. Пригородный

2019        

Содержание работы.

1. Введение ……………………………………….………………..…………….3 - 4

2.Влияние кислотности почвы на рост растений………………………............4 - 7

4.История открытия индикаторов……………………………………………..7 - 8

5. Приготовление природных индикаторов……………………………….......8 - 10

6. Вывод…………………………………………………………………………....11

7. Народные способы определения кислотности почвы .………………..…….12

8. Информационные источники……………………………………………….…..13

Введение

Нередко можно услышать такие словосочетания как «кислая почва», «кислотность почвы», «рН почвы» от садоводов, которые грамотно подходят к выращиванию овощей и фруктов. Чаще всего многие садоводы-любители понятия не имеют, что такое кислотность почвы и как ее можно изменить и используют все, как есть, а зря…

        Поэтому проблемой нашего исследования является: можно ли с помощью природных индикаторов определять кислотность почвы.

Выбранная нами тема актуальна, так как от этой самой кислотности почвы зависит и ее плодородие, и способность растений противостоять болезням, и количество полученного урожая с этой почвы.

Практическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты дадут возможность определять кислотность почвы на своем участке в домашних условиях.

Объекты нашегоисследования являются природные индикаторы, приготовленные своими руками и почва.

Предмет исследования: цвет природных индикаторов в разных средах, кислотность почвы.

Цель нашейработы: определить кислотность почвы с помощью природных индикаторов на садовых участках.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать литературу и другие источники информации по данной теме;
• получить различные природные индикаторы;
• составить шкалу для каждого индикатора;  
• определить кислотность почвы с помощью природного индикатора.

В работе мы выдвинули следующую гипотезу: если растения-антоцианы изменяют цвет в различных средах, то с их помощью можно определять кислотность почвы.

Влияние кислотности почвы на рост растений

Кислотность почвы – это процент содержания ионов водорода в почве.Водородный показатель почвенного раствора является одним из тех факторов, от которых зависит урожайность данного вида культурного растения на данной почве.Так, при культивировании в кислых питательных растворах с водородным показателем 5-5,5 проростки ячменя вообще не развиваются, а гибнут, в то время как картофель именно в этом интервале значений дает особенно богатый урожай.Столь ценная луговая культура, как белый клевер, не может произрастать  на кислых почвах, и полное отсутствие  его среди полевых трав свидетельствует о кислотности почвы. Как и произрастание сорной травы - молочая, который, наоборот, произрастает только на кислых - почвах. На кислых же почвах особенно обильно и роскошно произрастает щавель, подмаренник и папоротник. Ботаническими  индикаторами высокой кислотности почвы служат так же едкий лютик, хвощ, мхи и осока.Свободно пасущиеся коровы и овцы предпочитают питаться кормовыми травами, произрастающими на почвах с кислотностью 6,5,и не пасутся в местах, где она меньше 5.Большое, иногда решающее значение водородный показатель почв имеет для жизнедеятельности почвенной микрофлоры. Если непосредственно под травяным покровом луга вместо твердой почвенной поверхности усматривается слой спутавшихся, полусгнивших травянистых стеблей, это признак того, что почва кислая. На кислых почвах микроорганизмы, разрушающие клетчатку и перерабатывающие ее в темный пористый  перегной, почти прекращают свою полезную жизнедеятельность, и стебли растений долго не сгнивают.От величины кислотности почвы зависит усвояемость растениями фосфорных удобрений. Средний фосфат кальция легко усваивается растениями только на кислых почвах.Таким образом, определение водородного показателя почв может иметь существенное значение:

• для выбора культурного растения, от которого ожидается на данной почве особенно богатый урожай; так, на кислых почвах плохо растут пшеница, капуста, свекла, клевер,  в то время как рожь и овес малочувствительны к кислотности почвы;
• для изменения водородного показателя почвы в сторону, благоприятствующую более высокому урожаю выращиваемой на ней сельскохозяйственной культуры; отсюда становится ясной необходимость составления агрономами карт кислотности почв своего района.

Водородные ионы содержатся в почве обычно в абсорбированном виде — в почвенных катионитах. Поэтому для выявления кислотности химическим путем, с помощью индикаторов, почва взбалтывается не с чистой водой, а с раствором хлористого калия, катионы которого вытесняют ионы водорода из катионитов.Степень кислотности, или щелочности, почв оказывает большое влияние на развитие корней и поступление питательных веществ в растение.Чрезмерный высокий (выше 9) или низкий (ниже 4) pHпочвы токсичен для корней растений. В пределах этих значений pH определяет поведение отдельных питательных веществ, осаждение их или превращение в неусваиваемые растениями формы. В кислых почвах (pH 4.0-5.5) железо, алюминий и марганец находятся в формах доступных растениям, а их концентрация достигает токсического уровня. При этом затруднено поступление в растения фосфора, калия, серы, кальция, магния, молибдена. На кислой почве может наблюдаться повышенный выпад растений без внешних причин - вымочка, гибель от мороза, развитие болезней и вредителей. Напротив, в щелочных (pH 7.5-8.5) железо, марганец, фосфор, медь, цинк, бор и большинства микроэлементов становятся менее доступными растениям.Оптимальным считается pH 6.5 - слабокислая реакция почвы. Это не ведет к недостатку фосфора и микроэлементов, большинство основных питательных веществ доступны растениям, т.е. находится в почвенном растворе. Такая почвенная реакция благоприятна для развития полезных почвенных микроорганизмов, обогащающих почву азотом.
Хотя отдельные виды растений приспособились к существованию в кислой или, наоборот, в щелочной среде, однако большинство растений хорошо развиваются при нейтральной или слабокислой реакции почвы (диапазон pH 6.0-7.0). Следует учитывать, что многие из овощей - салат, капуста кочанная и цветная, свекла, огурцы, лук, спаржа, а также клевер и люцерна - при pH 6.0 и ниже развиваются хуже, чем при реакции близкой к нейтральной. Такую же кислотность предпочитает большинство цветов. Углекислый газ выделяется корнями живых растений при дыхании, а также при распаде органики. Вместе с водой он образует угольную кислоту, которая растворяет соединения кальция и магния, и с дождевыми водами они постепенно вымываются из верхнего слоя почвы в более глубокие слои и почва закисляется. Некоторые минеральные удобрения тоже могут подкислять почву.Как правило отклонения кислотности почвы от нейтральной или слабокислой связаны с нарушением (или приводят к нарушению) баланса питательных веществ доступных растению и угнетению полезной почвенной микрофлоры. Поэтому так важно следить за кислотностью почвы. Для выражения степени кислотности почвы пользуются показателем рН, величина которого колеблется в разных почвах в пределах от 3,5 до 8,0—8,5. Сильнокислые почвы имеют величину рН 3,5—4,0, кислые — 4,0— 5,0, слабокислые — 5,0—6,0, нейтральные — 6,0—7,0, щелочные — 7,0—8,0, сильнощелочные — 8,0—8,5.Овощные культуры по-разному реагируют на кислотность почвы. Большинство из них лучше растет и развивается на почвах с реакцией, близкой к нейтральной. По требованиям к кислотности почвы овощные культуры можно разделить на три группы:

первая — рН от 7 до 7,5 (артишок, капуста кочанная и цветная, морковь, свекла, сельдерей, салат, лук репчатый, спаржа, петрушка);

вторая — рН от 6 до 7 (фасоль, баклажаны, чеснок, капуста листовая, брюссельская, редис, кабачки, свекла листовая, репа, томаты, лук-шнитт, лук-шалот, лук-порей, дыня мускатная, цикорий, огурцы, хрен, шпинат, ревень);

третья — рН от 5 до 6 (тыква, картофель, пастернак, щавель).

        Проводить анализ кислотности почвы, с целью определения почвенной кислотности, обычно нужно для того, чтобы мы могли  создать самые  оптимальные условия для роста и жизнедеятельности растений.Анализ кислотности почвы, как и подготовка садовых  земель и приусадебных участков, по  результатам анализа кислотности почвы, даст гарантию, что растения, как те, что высаживаются в открытом грунте, так и комнатные, декоративные или  экзотические растения  получат ту почву, которая будет по кислотности наиболее максимально соответствовать тем природным условиям жизнедеятельности растений, к которым оно привыкло.

История открытия природных индикаторов

Впервые вещества, меняющие свой цвет в зависимости от среды, обнаружил в 17 веке английский химик и физик Роберт Бойль. Чтобы понять, как устроен мир, Бойль провел тысячи опытов. Вот один из них. В лаборатории горели свечи, в ретортах что-то кипело, когда некстати зашел садовник. Он принес корзину с фиалками. Бойль очень любил цветы, но предстояло начать опыт. Он взял несколько цветков, понюхал и положил их на стол. Опыт начался, открыли колбу, из нее повалил едкий пар. Когда же опыт кончился, Бойль случайно взглянул 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. Случайный опыт? Случайная находка? Роберт Бойль не был бы настоящим ученым, если бы прошел мимо такого случая. Ученый велел готовить помощнику растворы, которые потом переливали в стаканы и в каждый опустили по цветку. В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Наконец, ученый понял, что цвет фиалок зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Затем Бойль заинтересовался, что покажут не фиалки, а другие растения. 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. Индикаторы - это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. С помощью индикаторов качественно определяют реакцию среды.

Приготовление природных индикаторов

        Из разных источников литературы мы узнали, что приготовить вытяжку красителей можно разными способами – кипячение в воде или экстрагированием каким-либо растворителем, например – спиртом.

Опыт 1. Методика изготовления индикаторов из природного сырья

Для приготовления природных индикаторов взяли по 25г растительного сырья, измельчили, залили 100 мл воды и прокипятили в течение 1-2 минут. Полученные отвары охладили и профильтровали. С целью предохранения от порчи, в полученный фильтрат добавили спирт в соотношении 2:1.

Отвар каждого сырья имеет свой цвет. Следовательно, красители из использованных ягод являются водо-растворимыми и легко переходят в водный раствор.  Чтобы продлить действие индикаторов, из них приготовили индикаторные бумажки.

Опыт №2 Исследование изменения цвета природных индикаторов в растворах разных веществ

Нами были взяты растворы 3 солей: хлорида натрия NaCl, карбоната натрия Na2CO3, хлорида алюминия AlCl3, а так же растворы гидроксида натрия NaOH и соляной кислоты HCl. Концентрация всех растворов 5%. Сначала с помощью универсальной индикаторной бумажки определили pH заданных водных растворов. Затем поочерёдно к каждому из 5 растворов были добавлены по 2 капли приготовленного природного индикатора. Во всех пробирках кроме хлорида натрия наблюдалось изменение цвета раствора.

Шкала цветовых переходов вытяжек некоторых растений в различных средах

Таким образом, нами доказано, что полученные природные индикаторы позволяют достаточно точно определить среду раствора.

        Опыт №3 Определение кислотности почвыс помощью природного индикатора

        Для определения кислотности почвы мы взяли индикаторы, приготовленные нами.Мы взяли образцы почвы с нескольких огородных участков.Приготовили пробы. Для этого мы отобрали по 0,3 кг почвы, высыпали на лист бумаги и пинцетом выбрали корешки. Затем высушили почву. Взвесили 20 г подготовленной почвы и залили ее 50 мл 7,5 % раствора хлорида калия. Водородные ионы содержатся в почвах обычно в абсорбированном виде – в почвенных катионитах. Поэтому для выявления кислотности почвы химическим путем, с помощью индикатора, почва взбалтывается не с чистой водой, а с раствором хлористого калия, катионы которого вытесняют ионы водорода из катионитов. Колбу с почвой взболтали и оставили стоять 5 мин. Затем осторожно, чтобы не замутить смесь, пипеткой отобрали немного верхнего раствора и исследовали его на pН.

Изменение окраски природного индикатора в различных растворах почв

Хорошо видно, что образцы почв с огородных участков имеет кислую средуpН <7, это еще доказывает  наличие растущих растений: хвощ, конский щавель, подорожник.

Вывод

Индикаторы – это своеобразные сигналы, которые мгновенно реагируют на состояние среды. Известно, что они подразделяются на химические и природные. В нашем исследовании перед нами стояла задача – доказать наличие природных индикаторов в растительных объектах и установить их индикаторные свойства. Нами были взяты следующие природные объекты: свекла, клубника и черная смородина. По литературным данным эти объекты содержат наибольшее количество антоцианов.

         Приготовили индикаторы из природного сырья и затем нанесли их на фильтровальную бумагу. Так они лучше хранятся в течение длительного времени, тогда как растворы быстро портятся.

         С помощью природных индикаторов мы составили шкалу изменения окраски в различных средах.  Для этого использовали вытяжки из корнеплодов свеклы, ягод черной смородины и клубники. И действительно, окраска природных пигментов этих растительных плодов изменяется следующим образом: в кислотной среде – на красный цвет, а в щелочной среде – на зелено-желтый. Определили кислотность почвы, взятую с различных огородных участков с помощью природных индикаторов. Она оказалась кислой.

        Следовательно, чтобы добиться хорошего урожая почву надо раскислять. Самый безопасный и полезный способ - это внесение золы. Скорректировать показатели можно с помощью удобрений и органики. В качестве удобрений желательно выбирать кальциевые и фосфорные смеси, так как именно этих микроэлементов катастрофически недостает растениям в кислой среде.

                Природные индикаторы поменяли свой цвет практически при всех значениях pН, их можно использовать для определения характера раствора среды почвы, и просто в бытовых целях. Они могут быть использованы как альтернатива химическим индикаторам, которые не всегда можно купить.

        Народные способы определения кислотности почвы

Определить кислотность почвы можно "народным" способом. Положите в стеклянную посуду 3-4 листа черной смородины или вишни и залейте их стаканом кипятка. Когда вода остынет, бросьте в нее комочек земли. Если вода покраснеет - почва определенно кислая, посинеет - слабокислая, а если станет зеленой - нейтральная.

Информационные источники

1. Байкова В.М. «Химия после уроков». 1976 г. стр. 90-95.

2. Балаев И.И. «Домашний эксперимент по химии».

3. Детская энциклопедия. М.Академия педагогических наук. РСФСР. 1966 г. стр. 461-462.

4. Информация с http://festival. 1september.ru.

5. Информация с веб – сайта alchemic.ru «Добрые советы».

6. Леенсон И.А. «Занимательная химия». Москва. 1996г. стр. 77-81.

7. Назарова Т.С, Грабецкий А.А. «Химический эксперимент в школе»  г. Москва.  1987 г.

8. Научно – практический журнал «Химия для школьников» №4 2007г.  стр.60-61.

9. Пилипенко А.Т. «Справочник по элементарной химии». Киев «Наукова думка». 1973 г.  стр.164 -167.

10. Учебно–методическая газета для учителей химии «Первое сентября», №22, 2007 г.