Природные индикаторы

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №33

Ногинского района Московской области

Природные индикаторы

Автор   Башмакова Алеся   10А класс

Руководитель                    Медведева

 Елена Леонидовна

учитель химии

Электроугли    2008 год

Содержание

Введение                                                                                          стр. 3

1. Аналитический обзор

1.1  Из истории индикаторов                                                          стр. 3

1.2  Теория индикаторов                                                                   стр. 4

1.3  Природные индикаторы                                                           стр. 5

2.Экспериментальная часть 

2.1 Выбор материалов для приготовления

индикаторов                                                                            стр. 6

2.2 Технология приготовления раствора индикатора                   стр. 8

2.3 Тестирование исследуемых растворов

приготовленным индикатором                                              стр. 9

Выводы                                                                                             стр. 11

Список литературы                                                                           стр. 11

Приложение 1                                                                                    стр.12

Введение

Исключительно велика роль рН в самых различных процессах, не только в технике, но и в природе. Свойства природных вод сильно зависят от их кислотности; растения могут нормально произрастать только при определенных значениях рН почвенного раствора. Известно, что многие растительные пигменты изменяют свой цвет в зависимости от кислотности среды

Целью данной работы является изучение возможности получения веществ, являющихся кислотно – основными индикаторами из растительного сырья и применение их для определения рН некоторых, используемых в быту, растворов.

Объект исследования – экстракты плодов растений как предполагаемых индикаторов.

Задачи исследования - доказать экспериментальным путем возможность использования экстрактов плодов растений в качестве химических индикаторов.

1.  Аналитический обзор

1.1  Из истории индикаторов

Индикатор (от позднелатинского indicator – указатель), устройство, отображающее изменение какого – либо объекта в форме, удобной для восприятия человеком. Химические индикаторы – вещества, позволяющие следить за протеканием химической реакции или составом среды по изменению окраски раствора.

Английский ученый Роберт Бойль (1627–1691) заметил, что отвары цветов некоторых растений в растворах кислот и щелочей приобретают неодинаковую окраску. В 1667 году, пропитав фильтровальную бумагу отваром лепестков цветов (фиалки, гелиотроп), Бойль тем самым положил начало применению индикаторной бумаги. Наиболее распространенным растительным индикатором стал лакмус, полученный из лишайников вида Nocella.

К сожалению, почти у всех растительных индикаторов есть серьезный недостаток: их отвары довольно быстро портятся – скисают или плесневеют (более устойчивы спиртовые растворы) [1]. Другой недостаток – широкий интервал перехода окраски от одного цвета к другому. При этом трудно или невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому современные индикаторы в основном продукты химического синтеза: фенолфталеин, метиловый оранжевый, метиловый красный и другие.

1.2  Теория индикаторов

Кислотно – основные индикаторы изменяют свой цвет в зависимости от концентрации ионов Н+ (рН раствора). По химической природе эти вещества являются слабыми органическими кислотами (или основаниями), частично диссоциирующими в растворе по схеме:

Hind  →←  H+ + Ind-,                                             (1)

(где HInd – недиссоциированная молекула индикатора, Ind- - анион индикатора; молекула и анион имеют разную окраску) [2]. Изменение цвета индикатора при изменении рН происходит при сдвиге равновесия диссоциации. С увеличением концентрации ионов водорода равновесие сдвигается влево, и раствор приобретает окраску НInd. При уменьшении кислотности возрастает концентрация Ind- и окраска раствора изменяется. Примером такого индикатора является лакмус (слабая кислота). Его молекула окрашена в красный цвет, а анион – в синий. Таким образом, в кислой среде лакмус дает красную окраску, а в щелочной – синюю. В нейтральной среде глаз человека воспринимает смесь красных и синих частиц как фиолетовый цвет. Область значений рН, в которой совершается переход одной формы индикатора в другую и отмечается изменение его окраски, – это интервал рН перехода окраски индикатора.

В школьной практике чаще всего используются универсальные индикаторы – смесь нескольких индивидуальных индикаторов, подобранных так, что их раствор поочередно меняет окраску при изменении кислотности раствора в широком диапазоне рН (например, от 1 до 12). Раствором универсального индикатора часто пропитывают полоски бумаги, что позволяет быстро (хотя и с не очень высокой точностью) определить рН анализируемого раствора, сравнивая окраску полоски, смоченной раствором, с эталонной цветовой шкалой. Ниже, в таблице 1 [3], приведены наиболее употребляемые химические индикаторы и их окраски при различных значениях рН.

Окраска некоторых индикаторов при различных значениях рН

Таблица 1

1.3  Природные индикаторы

В природе широко распространены производные флавона, в частности кверцитин, являющийся желтым пигментом растений. При его восстановлении может быть получен цианидин (соль бензопирилия). Соединения такого типа называются антоцианидины [4].

Красящими пигментами большинства цветов, овощей и ягод являются гликозиды антоцианидов – антоцианы. Содержась в клеточном соке растений они придают красную, фиолетовую, синюю окраску цветкам, плодам и листьям. Антоцианы - растительные гликозиды, то есть производные сахаров, в которых углеводная часть молекулы связана с неуглеводным радикалом; в данном случае антоцианидином. Различные антоцианы отличаются друг от друга незначительно, в частности заместителями в фенольном ядре и углеводными частями молекулы (остатки глюкозы, галактозы).

Разнообразие окраски антоцианов обусловлено тем, что в зависимости от кислотности среды происходит их структурное изменение, которое можно описать схемой:

где А – остаток глюкозы.                                                                           (2)

В кислой среде антоцианы находятся в виде пирилиевых солей (красный цвет), в нейтральной – в хиноидной форме (фиолетовые), а в щелочной – в виде солей этой формы – калиевых, кальциевых, натриевых или магниевых- (синий или сине – зеленый цвет) [5].

2. Экспериментальная часть

2.1  Выбор материалов для приготовления индикаторов

Одним из важнейших этапов исследования является выбор сырья для приготовления индикатора, с помощью которого должны быть исследованы растворы: соды, уксусной кислоты, мыла, поваренной соли, нашатырного спирта, молока, кефира, зубной пасты, силикатного клея и фруктового сока. Данные растворы были приготовлены из используемых в быту веществ (Приложение 1), и исследованы с помощью универсальной индикаторной бумаги (рН 0 ÷ 12) с эталонной шкалой - рис.1.

рис.1

Результаты тестирования исследуемых растворов универсальным индикатором;

где растворы: 1- соды, 2- уксусной кислоты, 3- мыла, 4 - поваренной соли, 5 нашатырного спирта, 8- зубной пасты; 6-молоко, 7- кефир, 9- силикатный клей, 10- фруктовый сок

Было установлено, что рН этих растворов изменяется в интервале рН 1 ÷ 12; причем только три из десяти растворов показали кислую реакцию среды. Таким образом, получаемый индикатор должен иметь узкий интервал перехода в слабокислой – слабощелочной среде (рН 6÷8).

В качестве сырья для приготовления индикаторного раствора рассматривались мороженые ягоды смородины черной (Ribes nigrum) сине – фиолетового цвета и сушеные ягоды черники обыкновенной (Vaccinium myrtillus), темно - синего цвета.

При исследовании сока замороженной черной смородины (темно - красный) изменение цвета было явно как в кислой среде (на ярко - красный), так и в щелочной (на ярко - синий) - рис.2.

Подобный результат получился и с черникой (сушеные ягоды), но в щелочной среде цвет раствора был сине – зеленым.

рис. 2

Результаты тестирования кислой и щелочной среды индикатором, полученным из сока черной смородины

Для дальнейшего приготовления индикатора были выбраны сушеные ягоды черники, так как их измельчить оказалось легче.

2.2  Технология приготовления раствора индикатора

Рис. 3

Исходное сырье, его порошок и полученный раствор индикатора

Сушеные ягоды черники были измельчены в кофемолке (рис. 3). В связи с тем, что растворы и отвары ягод быстро портятся [1], для возможности длительного хранения, полученный порошок залили раствором этилового спирта (приблизительно70%), с добавлением одной капли соляной кислоты (приблизительно 0,1%). Затем поместили стаканчик с сырьем, плотно закрытый пробкой, на час в горячую воду (50-60 °С). Полученный экстракт, жидкость красно – фиолетового цвета, не отфильтровывали, а аккуратно отбирали шприцем.

2.3 Тестирование исследуемых растворов приготовленным индикатором

В пробирку с исследуемым раствором вносили 7 капель приготовленного раствора индикатора. Результаты представлены на рис. 4 и рис. 5.

рис. 4

Растворы: 1- соды, 2- уксусной кислоты, 3- мыла, 4 - поваренной соли, 5 нашатырного спирта; индикатор – экстракт ягод черники

рис. 5

Растворы: 6-молоко, 7- кефир, 8- раствор зубной пасты; 9- силикатный клей, 10- фруктовый сок; индикатор – экстракт ягод черники

В нейтральной среде (раствор № 4, поваренная соль) цвет раствора соответствует собственному цвету индикатора, красно- фиолетовый.

В кислых средах (растворы  № 2, 7, 10) при внесении индикатора исследуемые растворы приобрели красный цвет разной интенсивности. В слабощелочных средах исследуемые растворы приобрели синеватый цвет (растворы № 3, 8); в сильнощелочных (растворы № 1, 5, 9) – сине-зеленый цвет. В этих растворах результаты тестирования индикатором из черники совпали с результатами тестирования универсальным индикатором.

Раствор № 6 – молоко - приобрел синеватую окраску (по универсальному индикатору рН было определено как 6,5 – слабокислый), хотя должен был покраснеть. Данный результат, возможно, объясняется неправильным определением рН раствора молока по цветовой шкале универсального индикатора; ведь рН раствора поваренной соли также определился как 6,5 хотя его среда нейтральная и рН должен быть равен 7. По цвету индикатора черники можно предположить, что рН молока равен 7,5.

Таким образом, мы доказали, что экстракт ягод черники может быть использован в качестве кислотно – основного индикатора с достаточно узким интервалом перехода.

Выводы

В результате проведенной работы был получен кислотно – основный индикатор из растительного сырья (сушеные ягоды черники). Он был применен для определения рН используемых в быту растворов. Экспериментальным путем было доказано, что точность определения рН среды индикатором из черники сопоставима с точностью универсального индикатора.

Список литературы

1. Энциклопедический словарь юного химика. - М.: Педагогика, 1982;
2. Васильев В.П. Аналитическая химия. Ч.1. Гравиметрический и титриметрический методы анализа. – М.: Высшая школа, 1989;
3. Рэмсден Э.Н. Начала современной химии. – Ленинград: Химия, 1989;
4. Грандберг И.И Органическая химия. – М.: Высшая школа, 1987;
5. Химический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989.

Приложение 1.

Вещества для приготовления исследуемых растворов