Индикаторы в нашей жизни

Муниципальное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №2 г.Жирновска»

Волгоградской области

Исследовательская работа по химии на тему:

«Индикаторы в нашей жизни»

Выполнила: ученица 8 «А» класса МОУ «СОШ№2 г.Жирновска»

Данина Мария Витальевна (14 лет)

Руководитель: учитель химии Алешкова Анастасия Сергеевна

Жирновск, 2015

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ………………………………………………………………… … ..3 – 4

1. Индикаторы ………………………………………………………. ………5

1. Химические индикаторы. История образования индикаторов . ...5 – 7  
2. Природные индикаторы. Характеристика и классификация ……7 – 9

2. Экспериментальная часть ……………………………………………….10

1. Методика исследования ……………………………………………...10
2. Результаты и обсуждение …………………………………… …10 – 12

Выводы ………………………………………………………………………….13

Заключение ………………………………………………………………………14

Список литературы ……………………………………………………………...15

Введение

Природа – удивительное творение Вселенной. Мир природы красив, таинственен и сложен. Этот мир богат разнообразием фауны и флоры. Царство растений удивляет нас своим многообразием цветовых оттенков. Цветовая палитра настолько разнообразна, что невозможно сказать, сколько цветов и их оттенков существует в мире растений. Таким образом, возникает вопрос – от чего зависит окраска тех или иных растений? Какова структура растений? Что они содержат в себе? И каковы их свойства? Чем дальше мы погружаемся в мир растений, тем мы задаемся все больше и больше другими вопросами. Оказывается, цвет растений определяется химическим составом клеточного содержимого каждого растения. А точнее, всему виной являются так называемые биофлавониды. Это химические природные соединения, придающие определенный цветовой оттенок и свойства любому растению. Поэтому биофлавонидов существует множество. К ним относятся антоцианы, ксантофиллы, каротиноиды, катехины, флавонолы, флавононы и другие. Польза многих растений несомненна . Издревна люди применяли растения в качестве лекарственных средств. Поэтому недаром возникла народная медицина, основанная на уникальных и лекарственных свойствах растений.

Почему нами выбрана данная тема.

- Во-первых, нам интересны свойства растительных объектов.

- Во-вторых, какова их роль в такой науке как химия?

- Чем определяются их индикаторные свойства?

- И, в-третьих, как можно использовать их свойства в медицинских целях.

Поэтому нами будут рассмотрены такие флавониды, как антоцианы. Так как они являются идеальными кандидатами для нашего исследования.

Актуальность темы заключается в том, что на сегодня все больше и больше интересуют свойства растительных объектов для применения и использования их в разных областях науки, таких как химия, биология и медицина.

Цель работы : с помощью исследования доказать наличие природных индикаторов – пигментов -антоцианов в растительных объектах и изучить их свойства.

Задачи исследования:

1) Проанализировать литературу по физиологии растений и биохимии индикаторов

2) Исследовать природные объекты на наличие индикаторов – антоцианов;

3) Доказать индикаторные свойства растительных пигментов – антоцианов;

4) Выявить значение и биохимическую роль природных объектов, содержащих антоцианы.

Объектом исследования является: цедра лимона, корнеплоды моркови, корнеплоды свеклы, чай черный, луковая шелуха, цветы декабриса, герани, герберы и фиалки.

1. Индикаторы

1. Химические индикаторы .История образования индикаторов

Индикаторы (от лат. Indicator –указатель) – вещества, позволяющие следить за составом среды или за протеканием химической реакции. На сегодняшний день в химии известно большое количество различных индикаторов как химических, так и природных.

К химическим индикаторам относятся такие как, кислотно-основные, универсальные, окислительно-восстановительные, адсорбционные, флуоресцентные, комплексонометрические и другие.

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

Самый известно 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. Готовили лакмус из специальных видов лишайников. Измельченные лишайники увлажняли, а затем добавляли в эту смесь золу и соду. Приготовленную смесь помещали в деревянные бочки, добавляли мочу и выдерживали длительное время. Постепенно раствор приобретал темно-синий цвет. Его упаривали и в таком виде применяли для окрашивания тканей.

Позже лакмус был открыт в 1663 году. Он представлял собой водный раствор лишайника, растущего на скалах в Шотландии.

Известен и следующий исторический факт :

«В лаборатории известного английского ученого физика и химика Роберта Бойля , как обычно, кипела напряженная работа: горели свечи, в ретортах нагревались разнообразные вещества. В кабинет к Бойлю вошел садовник и поставил в углу корзину с 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. Лаборант сообщил Бойлю, что вчера доставили две бутылки соляной кислоты из Амстердама. Бойлю захотелось взглянуть на эту кислоту и , чтобы помочь лаборанту налить кислоту, он положил фиалки на стол. Затем, прежде чем отправиться в кабинет , он взял свой букетик и заметил , что фиалки слегка дымились от попавших на них брызг кислоты. Чтобы промыть цветы , он 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, ученый начал исследования . Он обнаружил , что и другие кислоты окрашивают лепестки фиалок в красный цвет. Он подумал, что если приготовить из лепестков настой и добавить его к исследуемому раствору, то можно будет узнать, кислый он или нет. Бойль начал готовить настои из других растений : целебных трав, древесной коры, корней растений и др.Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из лакмусового лишайника. Кислоты изменяли его цвет на красный , а щелочи на синий.

Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить ее. Так была создана первая лакмусовая бумага, которая имеется в любой химической лаборатории. Таким образом было открыто одно из первых веществ, которое Бойль уже тогда назвал «индикатором.»

Роберт Бойль приготовил водный раствор лакмусового лишайника для своих опытов. 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 явлением, Бойль на пробу добавил несколько капель к водному раствору гидроксида натрия и обнаружил, что в щелочной среде лакмус синеет. Так был открыт первый индикатор для обнаружения кислот и щелочей, названный по имени лишайника лакмусом. С тех пор этот индикатор является одним из незаменимых индикаторов в различных исследованиях в области химии.»

Кислотно-основные индикаторы.

Чаще всего в лабораториях используют кислотно-основные индикаторы. К ним относятся фенолфталеин, лакмус, метиловый оранжевый, бромтимоловый синий и другие.

Кислотно-основные индикаторы – это органические соединения, способные изменять цвет в растворе при изменении кислотности. Они изменяют цвет в достаточно узких границах рН. Таких индикаторов известно множество, и каждый из них имеет свою область применения.

Такие индикаторы являются одними из самых устойчивых и востребованных в лабораториях химии.

2. Природные индикаторы. Характеристика и классификация.

С древности люди уделяли большое внимание наблюдениям за природой. И в наше время учение многих стран все больше и больше стали обращаться к природным индикаторам.

Пигменты многих растений способны изменять цвет в зависимости от кислотности клеточного сока. Поэтому растительные пигменты являются индикаторами, которые можно применять для исследования кислотности других растворов. Общее название природных пигментов флавониды. В эту группу входят каротиноиды, ксантофиллы, антоцианы, соответственно определяющие желтую, оранжевую, красную, синюю, фиолетовую окраску растений.

Антоцианы – это природные пигменты из группы флавонидов.

Известно большое количество объектов, богатыми антоцианами. Это малина, клубника, земляника, вишня, слива, краснокочанная капуста, черный виноград, свекла, черника, голубика, клюква и многие другие.

Антоцианы придают фиолетовый, синий, коричневый, красный или оранжевый цвета плодам. Такое многообразие объясняется тем, что цвет изменяется в зависимости от баланса кислот и щелочей.

Строение антоцианов установлено в 1913 году немецким биохимиком Р.Вильштеттером. Первый химический синтез осуществлен в 1928 году английским химиком Р.Робинсоном. Разнообразие окраски объясняется не только особенностями их строения, но и образованием комплексов с ионными К (пурпурная соль), Мg и Са (синяя соль), а также адсорбцией на полисахаридах. Образованию антоцианов благоприятствуют низкая температура, интенсивное освещение.

Антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами: в нейтральной среде приобретают пурпурную окраску, в кислой среде – красный цвет, в щелочной среде – зелено-желтый цвет.

Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких сред, следить за изменением их состава или за протеканием химической реакции.

Как уже было сказано, общее название всех природных пигментов, природных индикаторов – флавониды.

Флавониды - гетероциклические соединения. В зависимости от структуры и степени окисления делятся на антоцианы, катехины, флавонолы, флавононы, каротиноиды, ксантофиллы и т. д. Находятся в растениях в свободном состоянии и в виде гликозидов (исключение - катехины).

Антоцианы – это биофлавониды, придающие плодам фиолетовую, синюю, коричневую, красную окраску.

Поступая в организм человека с фруктами и овощами, антоцианы проявляют действие, схожее с витамином Р, они поддерживают нормальное состояние кровяного давления и сосудов, предупреждая внутренние кровоизлияния. Антоцианы требуются клеткам головного мозга, улучшают память.

Антоцианы – мощные антиоксиданты, которые сильнее в 50 раз витамина С. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Наибольшая концентрация антоцианов содержится в чернике. Поэтому препараты, содержащие чернику, наиболее востребованы в медицине.

Так как антоцианы обладают хорошими индикаторными свойствами, то их можно применять как индикаторы для идентификации кислотной, щелочной или нейтральной среды, как в химии, так и в быту.

2. Экспериментальная часть

1. Методика исследования.

Нами использовался поисково-аналитический метод исследований. Собирали ярко окрашенные части органов растений, уточняли их видовые названия. Сырьё очищали от посторонних примесей. Растирали в ступке. Добавляли 10-11 мл воды. Настаивали при помешивании 5 минут. Фильтрат сливали в три пробирки по 3-4 мл. В первую пробирку добавляли 1 каплю 5% соляной кислоты HCl, вторая пробирка контрольная, в третью – добавляли 1 каплю 5% раствора щелочи NaOH . Пробирки взбалтывали, ставили в штатив и через 1-2 минуты фотографировали. Результаты исследования фиксировали в журнал.

Реактивы: 1) вода

2) 5% - ная соляная кислота

3) 5% - ный гидроксид натрия

Оборудование и посуда: ступка, пестик, пробирки, пипетка, штатив

Исследуемый материал: растительные объекты

2. Результаты и обсуждение

Изменение окраски природных индикаторов приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1

Изменение окраски природных индикаторов в кислотно -  щелочной  среде

В результате нами установлено, что окраска растительных пигментов под действием кислот и щелочей изменяется в зависимости от вида растения и окраски исходных пигментов. Например, каротиноиды моркови обыкновенной практически не дают изменения окраски при изменении кислотности. А поскольку исследованные пигменты шелухи лука и цедры лимона весьма сходны по окраске  с пигментами моркови и также как  морковь не изменили окраску при изменении кислотности, то мы можем предположить, что их окраска также обусловлена каротиноидами. Каротиноиды непригодны в качестве кислотно-щелочных индикаторов.

Растения, в которых присутствовали антоцианы, изменяли свою окраску под действием кислот и щелочей. Например, фиалка комнатная, герань комнатная, декабрис, гербера, свекла в щелочной среде обесцвечивались, а в кислой приобретали малиновый цвет. Обычный чай можно также использовать в домашних условиях как природный индикатор. Вы замечали, что чай с лимоном гораздо светлее, чем без лимона. В кислой среде он обесцвечивается, а в щелочной становится более темным.

Выводы

1. Проанализирована литература по биохимии индикаторов
2. Доказаны индикаторные свойства исследуемых объектов
3. Выявлена закономерность: все данные природные объекты в кислотной среде преимущественно окрашиваются в красный цвет, а в щелочной среде – обесцвечиваются. Что и доказывает наличие антоцианов.

Заключение

В результате этой исследовательской работы нами доказано, что среди природных объектов существует большое количество природных индикаторов, которые можно использовать и применять как в быту, так и в химии для других разных исследований.

А также антоцианы часто применяются в медицине благодаряих уникальным свойствам. Антоцианы имеют огромное биохимическое значение. Антоцианы являются мощными антиоксидантами, нейтрализующими свободные радикалы, которые в свою очередь губительно действуют на наш организм. Таким образом, антоцианы являются гарантами долгой и здоровой жизни клеток, а значит, продлевают и нашу жизнь. Многие исследования подтвердили пользу антоцианов для зрения. Также они помогают снизить уровень сахара крови. Особенно это касается тех людей, которые больны сахарным диабетом. Чтобы получить всю эту пользу, ученые советуют съедать в день всего полстакана черники – свежей или замороженной. Поэтому препараты, содержащие чернику, наиболее востребованы в медицине.

Список литературы:

1. Ветчинский К.М. Растительный индикатор.М.: Просвещение, 2002. – 256с.
2. Вронский В.А. Растительный индикатор. - СПб.: Паритет, 2002. – 253с.
3. Галин Г.А. Растения помогают геологам. – М.: Наука, 1989. - 99с.
4. Зацер Л.М. К вопросу об использовании растений-индикаторов в химии. – М.: Наука, 2000. – 253с.
5. Леенсон И.А. Занимательная химия: 8-11 классы. - М.: Просвещение, 2001. – 102с.
6. Соколов В.А. Природные красители.М.: Просвещения, 1997.
7. Журнал « Химия в школе» №2, №8 – 2002 год.