Обзор исследовательской работы «Природные индикаторы» | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 июля, печатный экземпляр отправим 22 июля.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Научный руководитель:

Рубрика: Химия

Опубликовано в Молодой учёный №37 (223) сентябрь 2018 г.

Дата публикации: 16.09.2018

Статья просмотрена: 1730 раз

Библиографическое описание:

Бузмакова, Е. В. Обзор исследовательской работы «Природные индикаторы» / Е. В. Бузмакова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2018. — № 37 (223). — С. 4-8. — URL: https://moluch.ru/archive/223/52656/ (дата обращения: 07.07.2020).



Статья посвящена обзору работы «Природные индикаторы». В результате анализа нами переосмыслены вопросы изучения природных индикаторов, история открытия, основная терминология. Также в работе в табличной форме представлены природные элементы, — сырье для приготовления индикаторов. На основе рассмотренного исследования автором определена возможность использования экстрактов плодов растений в качестве химических индикаторов и даны рекомендации для дальнейшего исследования.

Ключевые слова: индикатор, раствор, кислая среда, нейтральная среда, щелочная среда, качество индикаторов

В природе каждый день мы соприкасаемся с различными веществами, окружающими нас. Год назад мы начали свое знакомство с таким предметом, как химия. И возникло множество вопросов. Сколько веществ в нашем мире можно насчитать? Какие они? В чем заключается их значение и какую пользу они несут в себе? Особый интерес вызывают такие вещества, как индикаторы. Что же это такое?

На занятиях в процессе изучения темы «Важнейшие классы неорганических соединений» мы работали со следующими индикаторами: лакмус, фенолфталеин и метилоранж. Отметим, что индикаторы широко применяют в химии, в том числе и в школе. Любой ученик общеобразовательной школы сможет ответить на вопрос о том, что такое фенолфталеин, лакмус или метилоранж. К использованию индикаторов прибегают для определения реакции среды.

Как мы отмечали выше, при помощи индикаторов мы можем определить среду раствора. Их значение заключается в том, что в лаборатории или на заводе индикаторы способны продемонстрировать нам, прошла до конца химическая реакция или нет, достаточно ли добавлено одного реактива к другому и т. п.Актуальность рассматриваемой работы заключается в том, что под рукой может не оказаться необходимого химического индикатора, в связи с чем возникает необходимость знания аналогов — того из чего можно приготовить определенный индикатор. В работе выдвинут основной вопрос: можно ли в качестве индикаторов использовать природные материалы, окружающие нас?

Для начала рассмотрим сущность понятия индикатор и его основные виды. Это химическое вещество, которое изменяет окрас, люминесценцию или образует осадок в зависимости от среды и концентрации компонента в растворе [1].

Водородный показатель, pH — мера активности ионов водорода в растворе, количественно выражающая его кислотность. Это понятие ввел датский химик Серенсен для точной числовой характеристики среды раствора и предложил математическое выражение для его определения: pH= -lg [H+]. [2]

Индикаторная бумага — бумага, пропитанная химическими реактивами, предназначенная для ориентировочного определения концентрации веществ [10].

Кислотно-основные индикаторы — растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет или люминесценцию в зависимости от концентрации ионов Н+ (pH среды). Такие индикаторы резко изменяют свой цвет в достаточно узких границах pH [11].

Универсальные индикаторы — это смесь нескольких индикаторов, подобранных так, что их раствор поочередно меняет окраску, проходя все цвета радуги при изменении кислотности раствора в широком диапазоне pH [10].

Характер среды имеет большое значение в химических и биологических процессах, в зависимости от типа среды эти процессы могут протекать с различными скоростями и в разных направлениях. Поэтому во многих случаях важно как можно более точно определять среду раствора. Существует нейтральная среда — рН = 7, рН < 7 — кислотная, при рН > 7– щелочная [5]. Среду исследуемого раствора можно приблизительно определить по окраске индикаторов.

В рассматриваемой работе также представлен опрос, который проводился в нескольких группах респондентов, целью которого было определение знаний об индикаторах среди обучающихся в школе (см. рис.1). Рассмотрим результаты двух вопросов, которые представляют наибольший интерес. Так на вопрос: «Знаете ли вы что такое индикаторы?», который включал три варианта ответа: знаю, не знаю, слышал, ярко демонстрирует, что среди 76 опрошенных 42 % уверенно знаю, что это такое, 47 % слышали, и лишь оставшиеся 11 % не знают.

Рис. 1. Опрос «Знаете ли вы что такое индикаторы?»

А ведь красящие вещества (которые выделялись из растений) были известны и популярны уже в Древнем Риме и Древнем Египте. Активное их применение в качестве индикаторов берет свое начало в 17 веке и связанно с именем ученого физика и химика — Роберта Бойля. Однажды, когда ученый проводил исследование, вошел садовник, который принес фиалки. Цветы были оставлены на столе, и к моменту окончания работы исследователь увидел, что они дымились. С целью их спасения он опустил цветы в стакан с водой, где фиолетовые лепестки фиалок стали красными. Так, Бойль был заинтересован и продолжил опыты. Исследователь сделал вывод о том, что цвет лепестков зависит от того, какой раствор находится в стакане, какие вещества содержатся в растворе. Лучшие результаты дали опыты с лакмусовым лишайником. Бойль опустил в настой лакмусового лишайника обыкновенные бумажные полоски. Дождался, когда они пропитаются настоем, а затем высушил их. Так, впервые была изготовлена лакмусовая бумажка, которой Бойль дал название — индикатор.

Выделим индикаторы производственные и самодельные. И как же быть в том случае, если в наличии нет «настоящих» химических индикаторов? Здесь на помощь придут самодельные индикаторы из природного сырья. Они окружают нас, просто мы не задумываемся об этом. Это растительные индикаторы, которые пригодны для использования в быту. Сок свеклы, например, в кислой среде меняет свой рубиновый цвет на ярко-красный, а в щелочной — на желтый, обладая знаниями о свойствах свекольного сока, можно сделать цвет борща ярким, для этого нужно добавить немного столового уксуса или лимонной кислоты. Если в стакан с крепким чаем добавить сок лимона или растворить немного лимонной кислоты, то чай станет намного светлее. А при растворении в чае питьевой соды, наоборот, потемнеет.

В качестве природных индикаторов чаще всего используют соки или отвары ярко окрашенных плодов или других частей растений. Такие растворы нужно хранить в темной посуде. Но у природных индикаторов есть определенный недостаток: они достаточно быстро приходят в негодность — скисают или плесневеют, также трудно или невозможно отличить, например, нейтральную среду от слабокислой или слабощелочную от сильнощелочной. Поэтому в химических лабораториях используют синтетические индикаторы, которые резко меняют свой цвет в достаточно узких границах рН.

Вернемся к вопросу о том, какие индикаторы применимы дома и применяются ли они респондентами. Исходя из данных опроса больше половины, а именно 60 % респондентов не прибегают к применению индикаторов, в отличии от них 40 % опрашиваемых пользуются индикаторами (см. рис. 2).

Рис. 2. Опрос «Применяете ли вы индикаторов в быту?»

Для ответа на вышеозначенный вопрос было проведено исследование отваров плодов и растений, таких как, морковь, раствор порошка куркумы, смородина (ягода), свекла, клюква (ягоды), малина (ягоды). Были приготовлены отвары обозначенных растений и плодов. Отвары готовились непосредственно перед опытом следующим образом: к 30 граммам ягод добавляли 1 столовую ложку горячей воды, доводили раствор до кипения, охлаждали, давали раствору отстоятся, отфильтровывали, готовым отваром были пропитаны полоски фильтровальной бумаги, которые высушивались, хранили в темной посуде, испытывалось действие приготовленных индикаторов в растворах со щелочной средой (раствор соды), с кислой средой (раствор уксусной кислоты). Все взятые для исследований растворы меняли или не меняли свой цвет в зависимости от среды. Результаты полученных исследований были занесены в таблицу (см. таблицу 1).

Таблица 1

Изменение цвета

Сырье для приготовления индикатора

Естественный цвет индикатора

Цвет врастворе

В кислой среде pH<7(70% уксусная кислота)

В щелочной среде pH>7

(пищевая сода)

В нейтральной

среде pH=7

(вода)

Морковь (плоды)

Светло-оранжевый pH=6

Желтый

Светло-голубой

Прозрачный

Свёкла (плоды)

Рубиновый

pH=4

Ярко-красный

Светло-оранжевый

Светло-розовый

Куркума (порошок)

Оранжевый

pH=5

Жёлто-зелёного

Бордового

Оранжевый

Черная смородина

(плоды)

Бордовый

pH=0

Темно-красный

Тёмно-синий

Зеленоватый

Клюква (плоды)

Малиновый

pH=1

Зелёный

Розовый

Зелёно-желтый

Малина (плоды)

Розовый

pH=3

Голубой

Красноватый

Зеленоватый

Данный опыт демонстрирует, что при отсутствии производственных индикаторов, можно использовать самодельные индикаторы из природного сырья. Так, в качестве сырья могут выступать цветы герани, лепестки пиона или мальвы, ирис, темные тюльпаны или анютины глазки, а также ягоды малины, черники, черноплодной рябины, соки вишни, смородины, винограда, плоды крушины и черемухи. Эти природные индикаторы содержат вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. И, попадая в кислую или щелочную среду, они наглядным образом сигнализируют об этом. Во всех растворах результаты тестирования совпали с универсальными, отметим, что у индикаторов из черной смородины и малины они были более точными.

Результаты рассматриваемой исследовательской работы принимали участие в школьной научно-практической конференции учащихся в секции географии, биологии и химии, где были отмечены дипломом за 2 место, а также в X открытой городской межпредметной научной конференции «За страницами учебника», где были отмечены дипломом 2 степени (см. рис.3).

Рис. 3. Участие в конференциях

Также выделим, некоторые выводы, представленные в исследовании:

  1. В качестве природных индикаторов можно использовать ярко окрашенные цветы и плоды растений;
  2. Растворы природных индикаторов можно приготовить и использовать в домашних условиях;
  3. Пигменты растений могут использоваться в качестве индикаторов, они обладают достаточной чувствительностью особенно ярко окрашенные, как и наиболее «профессиональные» индикаторы: лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый;
  4. Интенсивность окраски индикаторов от концентрации используемых растворов, позволяет приблизительно оценить агрессивность среды;
  5. Растворы растительных индикатор могут быть использованы в качестве кислотно-основных индикаторов для определения среды растворов школьной химической лаборатории. Легкость приготовления и безопасность делают подобные индикаторы легкодоступными, а значит хорошими помощниками в работе с кислотами и основаниями;

Подводя итог, отметим, что поставленные цели и задачи исследовательской работы «Природные индикаторы» были решены. Опытным путем была определена возможность использования экстрактов плодов растений в качестве химических индикаторов, что представляет особую ценность исследования. Это было отмечено призовыми местами на конференциях. Данное исследование автором будет продолжено, в качестве корректировки было принято решение расширить опрос и провести среди студентов 1 курса КНИТУ, также в дальнейшем исследовании будет проведен сравнительный анализ натуральных и производственных индикаторов.

Литература:

  1. Аванта. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. — М.: Аванта+, 2000. — 640 с.
  2. Аликберова Л. Ю. Занимательная химия. — М.: АСТ-Пресс, 2012. — 560 с
  3. Аликберова Л. Ю., Степин Б. Д. Занимательные задания и эффектные опыты по химии. — М.: Дрофа, 2009. — 432 с.
  4. Алхимик // «Добрые советы». URL: www.alhimik.ru (дата обращения: 19.05.2018).
  5. Байкова В. М. Химия после уроков. — Петрозаводск: Карелия, 1984. — 198 с.
  6. Габриелян О. С., Сладков С. А. Химия. 8 класс. — М.: Дрофа, 2017. — 208 с.
  7. Леенсон И. А. Занимательная химия. — М.: Росмэн-Пресс, 2001. — 104 с.
  8. Леенсон И. А. Язык химии. Этимология химических названий. — М.: Corpus (АСТ), 2017. — 464 с.
  9. Савина Л. А. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Химия. — М.: АСТ, 1996. — 448с.
  10. Свердлова Н., Радугина О., Карташов С. Химия. Справочник для школьников и поступающих в вузы. — М.: АСТ-Пресс, 2017. — 576 с.
  11. Штремплер Г. И. Домашняя лаборатория (Химия на досуге). — М.: Просвещение, 2007. — 97 с.
Основные термины (генерируются автоматически): индикатор, раствор, кислая среда, качество индикаторов, среда раствора, щелочная среда, нейтральная среда, лакмусовый лишайник, лимонная кислота, природное сырье.


Ключевые слова

раствор, индикатор, кислая среда, нейтральная среда, щелочная среда, качество индикаторов

Похожие статьи

Комплексообразование в системе Zr(SO4) 2 — лимонная кислота...

Ключевые слова: комплексообразование, растворы, рН-метрия, цирконий(IV), лимонная кислота.

Однако некоторые координационные соединения этого элемента относительно устойчивы к гидролизу в водных растворах даже в нейтральной и щелочной среде [3, с. 47].

Похожие статьи

Комплексообразование в системе Zr(SO4) 2 — лимонная кислота...

Ключевые слова: комплексообразование, растворы, рН-метрия, цирконий(IV), лимонная кислота.

Однако некоторые координационные соединения этого элемента относительно устойчивы к гидролизу в водных растворах даже в нейтральной и щелочной среде [3, с. 47].

Задать вопрос