Исследовательская работа "Растения-индикаторы"

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ШИПУНОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 1

ШИПУНОВСКОГО РАЙОНА АЛТАЙСКОГО КРАЯ

РАСТЕНИЯ – ИНДИКАТОРЫ

Исследовательская работа по химии

                                                                                     Выполнила: Сапрыкина Татьяна Павловна

                                             ученица 9 Б класса

                                                      Научный руководитель:

                                                              Губчук  Дмитрий Петрович,

                                                   учитель химии МБОУ    

                                                                          «Шипуновская средняя школа № 1»

                                                      658391 село Шипуново,

                                              пер.Совхозный 37

Шипуново 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 Введение ………………………………………………………………………...3

1.Теоретическая часть исследования ………………………………………….4

2.Экспериментальная часть исследования …………………………………….6

3.Заключение …………………………………………………………………. ..11

4.Список используемой литературы …………………………………………..12

ВВЕДЕНИЕ

            Актуальность.  Получение простых, дешевых, доступных для каждого ученика  

            индикаторов.

           Объект исследования: растения пришкольного учебно-опытного участка, дендрария,

           коллекция комнатных растений кабинета.

           Предмет исследования: растворы растительных индикаторов.

  Цель исследования: изучить пигменты некоторых растений и возможность их использования

  в качестве кислотно-щелочных индикаторов и красящих веществ.

           Задачи исследования:

     1.Приготовить растительное сырье, а также водные отвары сырья для исследования на

     изменение цвета в кислой и щелочной среде.

           2.Исследовать изменение цвета полученных водных отваров в кислой и щелочной среде.

     3.Определить, какие из исследованных растворов можно использовать в качестве  

      индикаторов.

           4.Определить интервалы изменения окраски некоторых выявленных индикаторов.

           Рабочая гипотеза: растворы растительных индикаторов можно приготовить  

           самостоятельно и применять в химической лаборатории и домашних условиях при

           необходимости определения среды раствора.

           Практическая значимость: выявлены растения, отвары и спиртовые растворы которых

           могут использоваться в качестве растительных индикаторов для определения рН среды

           раствора.

           Методы исследования: 1) изучение литературы, 2) эксперимент, 3) наблюдение, 4)

           аналитическая деятельность. 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Диссоциация воды. Водородный показатель. Индикаторы.

Чистая вода очень плохо проводит электрический ток, но все же обладает измеримой электропроводимостью, которая объясняется небольшой диссоциацией воды на ионы:

                                            Н2О ↔Н+ + ОН-                                                                                                         (1)        

Таким образом, вода – это слабый амфотерный электролит. О степени диссоциации воды можно судить по так называемому ионному произведению воды, которое определяется различными методами, в частности по величине электропроводности чистой воды. Ионное произведение воды можно рассматривать как константу диссоциации воды. Записывается оно следующим образом:

                           К=[H]+.[OH]-                                                                                                                (2)

В воде и разбавленных водных растворах произведение концентраций ионов водорода и гидроксид – ионов  есть величина постоянная (при неизменной температуре). Так, при 250С в чистой воде [Н]+ =[ОН]- = 1 . 10-7 моль/дм3. поэтому для указанной температуры:

                                       Кw = [Н]+ . [ОН]- = 10-7 .10-7 = 10-14                                           (3)

В зависимости от концентрации ионов водорода в водных растворах различают три типа среды: нейтральную, щелочную и кислую.

                                                  Среда растворов                                              Таблица1

Индикаторы химические – это вещества, введение которых в анализируемый раствор позволяет установить конец химической реакции или концентрацию водородных ионов по легкозаметному признаку. Индикаторы используют главным образом в титриметрическом анализе (для определения конечной точки титрования). В присутствии индикаторов в этой точке (или вблизи нее) могут наблюдаться изменение цвета, появление или исчезновение мутности, свечение и т.д., обусловленные изменением определенного свойства исследуемого раствора.

Кислотно-основные индикаторы -  вещества, изменяющие свою окраску при изменении водородного показателя (pH) среды. Механизм химико-физических процессов, вызывающих изменение окраски индикаторов, оставался неясным до конца XIX века, и только В. Оствальдом (1894) была предложена ионная теория индикаторов, основанная на теории электролитической диссоциации. Согласно этой теории индикаторы рассматриваются как органические кислоты или основания, у которых недиссоциированные молекулы и ионы имеют различную окраску. Так, например, у лакмуса в водных растворах неионизированные молекулы имеют красную окраску, анионы - синюю. .Реакцию ионизации этого соединения можно выразить следующей схемой: Hind ↔ H+ + Ind-, т.е. молекулы лакмуса в данном случае играют роль донора против, и если к раствору добавить 1-2 капли раствора гидроксида натрия, то ОН--ионы соединятся с Н+-ионами и образуют молекулу воды. Поэтому равновесие сдвинется вправо и окраска раствора станет синей вследствие появления ионов Ind-.

При добавлении 1-2 капель раствора хлороводородной кислоты равновесие сменится в сторону образования Hind, и раствор приобретает красную окраску. В случае нейтральной реакции молекулы и ионы Hind и Ind- будут находиться в эквивалентном количестве, и цвет раствора станет фиолетовым. Следовательно, одни индикаторы будут донорами протонов – это кислотные индикаторы, а другие могут играть роль акцепторов Н+-ионов, т.е. будут основными согласно схеме: IndOH + H+ ↔ Ind+ + H2O. Индикаторы, имеющие две окрашенные формы, называют двухцветными (лакмус, метилоранж, метиловый красный и др.), а имеющие только одну окрашенную форму – одноцветными (фенолфталеин, паранитрофенол и др.). дальнейшие исследования показали, что теория Оствальда не полностью раскрывает действительное положение вещей. Как выяснилось, окраска индикаторов зависит не только от диссоциации (ионизации) молекул индикатора, но и от их структуры, наличия так называемых хромофорных и ауксомоформных группировок.

  Важнейшие кислотно-основные индикаторы              Таблица2

При проведении анализа индикатор выбирают таким образом, чтобы интервал перехода окраски включал то значение pH, которое раствор должен иметь в точке эквивалентности. Наиболее часто анализы методом нейтрализации проводят с метиловым оранжевым, фенолфталеином, лакмусом.

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Подготовка растительного сырья

Для проведения исследований в летний и осенний период были собраны цветы различных дикорастущих и культурных растений. Затем цветы были засушены в тени при температуре 25-310С. Из засушенных цветов готовился водный отвар: навески сухих цветов (1г.) помещались в колбу, заливались дистиллированной водой (200 дм2) и кипятились в течение 10-15 минут. Полученный отвар охлаждался и фильтровался. Для гербария образцы растений засушивались в расправленном виде в газетной бумаге засушенные растения приклеивались при помощи скотча и клея ПВА в альбом.

2.   Приготовление растворов кислоты и щелочи для исследований

Для проведения исследований были приготовлены растворы серной кислоты и гидроксида натрия различной молярной концентрации с использованием фиксаналов соляной кислоты (См = 0,1 моль/дм3; рН=1) и гидроксида натрия (См = 0,1 моль/дм3; рН = 13).

Молярная концентрация приготовленных растворов рассчитывалась по формуле:

См =    m  , где

  M.V

См – молярная концентрация раствора моль/дм3; М – молярная масса растворенного вещества г/моль; m – масса растворенного вещества в граммах; n – количество вещества в моль; V – объем раствора в дм3.

Для приготовления 0,01М раствора исходный 0,1М раствор разбавляли дистиллированной водой в соотношении 1:9. Таким образом, были приготовлены с рН от 1 до 13 для исследования границы действия выявленных индикаторов.

Полученные растворы проверялись с помощью универсальной индикаторной бумаги. Изменение цвета бумаги в приготовленных растворах соответствовало цвету индикаторной бумаги при различных значениях рН на рисунке, который прилагается к универсальной индикаторной бумаге.

3. Исследование растительного сырья

Полученные отвары по каплям приливались к растворам серной кислоты и гидроксида натрия. В соответствующей таблице фиксировалось изменение цвета растительного сырья в нейтральной, кислой или щелочной среде.

Для некоторых отваров проводилось выявление границы действия индикатора. Для этого в 13 пробирок наливается по 10 мл отвара исследуемого растения. В каждую пробирку последовательно приливается раствор кислоты и щелочи с рН от 1 до 13. Изменение цвета отвара фиксируется в таблице.

         Таблица 3

Изменение цвета отвара лепестков цветов

 различных растений в кислой, нейтральной и щелочной среде

Таблица 4

Взаимосвязь окраски лепестков, цвета их отваров и характера среды

4. Результаты исследования

В данном исследовании использовались отвары засушенных цветов 32 видов культурных и 3 комнатных. В результате исследований было установлено, что практически все исследованные отвары изменяют цвет в зависимости от характера среды (см. табл. 3).

Таким образом, отвары растений с розовыми и красными цветами (гвоздика- травянка, шиповник, роза, георгин, зигокактус) меняют окраску; в нейтральной среде - от светло-желтой до ярко-розовой, в кислой – оттенки красного и оранжевого цвета, в щелочной – различные окраски.

Отвары растений с оранжевыми цветами (ноготки, бархатцы) в нейтральной среде имеют светло-желтый или коричневый цвет, в кислой среде более светлую окраску, в щелочной – различные окраски.

Отвары растений с желтыми цветами (одуванчик, зверобой, льнянка, лапчатка) в нейтральной среде имеют светло-желтый и светло-коричневый цвет, в кислой среде светлеют, в щелочной имеют разную окраску.

Отвары растений с синими цветами (медуница, мышиный горошек, душистый табак, хризантема) в нейтральной среде имеют цвет светло-коричневый и розовый, в кислой – разные оттенки красного, в щелочной – различные оттенки желтого, зеленого и оранжевого цветов.

Отвары растений с фиолетовыми цветами (фиалка узамбарская, флокс, космея, астра) имеют в нейтральной среде светло-желтый и коричневый цвет, в кислой – розовый,  в щелочной – коричневый или зеленый.

Отвары растений с белыми цветами (икотник, тысячелистник, ромашка, мыльнянка, вьюнок, фиалка полевая, космея, роза, хризантема) в нейтральной среде имеют светло-желтый или светло-коричневый цвет, в кислой среде в большинстве случаев окраска раствора светлеет, а в щелочной – темнеет.

Как известно, изменение цвета отваров цветов в различных средах зависит от красителей, содержащихся в лепестках данных цветов – антоцианов, исследование которых не входило в задачи нашей работы.

Таблица 5

Границы действия растений-индикаторов

1. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результаты проведенного исследования установлено:

• отвары всех исследованных растений изменяют цвет в кислой, щелочной и нейтральной средах.
• растения с одинаковой окраской лепестков в различных средах дают сходное, но не всегда одинаковое окрашивание.
• границы действия всех исследованных индикаторов различаются. У каждого растения они индивидуальны. Общих закономерностей не обнаружено.
• Наиболее яркое окрашивание в различных средах дает отвар цветов фиалки узамбарской, наименее – хризантемы с белыми цветами.

Отвары большинства исследованных растений можно использовать в качестве индикаторов при проведении занимательных опытов по химии. Предпочтительнее использовать отвары растений с синим и красным цветом лепестков и лучше не использовать растения с белой окраской лепестков.

Для проведения лабораторных и практических работ можно рекомендовать использовать в качестве индикатора отвар фиолетовых цветов фиалки узамбарской, астры с сиреневыми цветами, шиповника, душистого табака и хризантемы с синими цветами.

Литература

1. Алексинсикий В.И. Занимательные опыты по химии. – М.: Просвещение.:

 1995-96 с.

1. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л. – Химия, 1977. – 720 с.
2. Гроссе Э., Вайсмантель Х. Химия для любознательных. – Л.: Химия, 1987. – 392 с.
3. Зоммер К. Аккумулятор знаний по химии. – М.: Мир. – 1977. – 592 с.
4. Лекарственные растения и их применение. – Мн.: Наука и техника, - 1974. – 592 с.
5. Логинов Н.Я., Воскресенский А.Г., Солодкин И.С. Аналитическая химия. –

 М.: Просвещение, 1979. – 480с.

1. Репетитор по химии/Под. Ред. Егоров А.С. – Ростов н/Д: Феникс, 2005. – 768 с.
2. Цобкало Ж.А., Мычко Д.И., Колевич Т.А., Исследовательский практикум

 для учащихся лицея БГУ. – Мн.: БГУ, 2003. – 60 с.

1. Шкурко М.И. Занимательные опыты по химии. – Мн.: Народная асвета, 1968. –

24 с.

1. Д-р Д.Г. Хессайон. Все о цветах в вашем саду. – М.: «Кладезь-Букс», 2003. – 123 с.