III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ПОЛУЧЕНИЕ ПРИРОДНЫХ ИНДИКАТОРОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕАКЦИИ СРЕДЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРЕПАРАТОВ БЫТОВОЙ ХИМИИ
Филиппова Л.С.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Впервые с химическими веществами я познакомилась в 8 классе, когда начала изучать курс химии.

Меня поразило многообразие веществ в современном мире. Я задалась во- просом, как же можно ориентироваться в этом огромном и сложном мире веществ? Как можно различать вещества, ведь некоторые из них визуально идентичны? На уроках химии я поняла, как важно в современном мире овладеть экологической и химической грамотностью.

Наведение чистоты в современном доме невозможно без использования различных средств бытовой химии. Например, мытьё посуды мы не представляем себе без использовании синтетических моющих средств. Но многие из нас не догадываются, что буквально все широко разрекламированные «волшебные» чистящие средства имеют те или иные химические соединения, использование которых сопряжено с определённым риском для нашего здоровья. Производители утверждают, что средства для мытья посуды имеют нейтральную среду и тем самым не оказывают отрицательного влияния на кожу рук. А так ли это на самом деле? В своей работе я хотела бы представить результаты своих исследований по изучению кислотности среды моющих средств для посуды. Поэтому выбранная мной тема актуальна и имеет практическую значимость, так как она позволит развеять миф о том, что не все средства для мытья посуды хороши.

Гипотезаисследования:Не все средства для мытья посуды безвредны для кожи рук.

Целью моей исследовательской работы является: получение природных индикаторов из растительных объектов для определения реакции среды препаратов бытовой химии. Для достижения поставленной цели мне предстоит решить ряд задач.

Задачи:

  1. Изучить и проанализировать литературу и другие источники информации по теме «Индикаторы».

  2. Провести эксперимент по выделению природных индикаторов из различных видов растений и изучить их свойства.

  3. Определить кислотность среды препаратов бытовой химии.

  4. Проанализировать и обработать результаты эксперимента.

  5. Сделать выводы по проделанной работе.

  6. Оформить и представить результаты исследования.

Объектом данного исследованияявляются –природное растительное сырье: корнеплоды свеклы, листья краснокочанной капусты, моющие средства, а предметом изучения: цвет отваров растительного сырья в растворах с различной средой, а также среда моющих средств.

Для выполнения своей работы я применяла методытеоретического и экспериментального исследования.

Методология моегоисследования– описание изменения цвета отваров растительного сырья в испытуемых моющих средствах.

Практическаязначимостьработы:полученные результаты дают возможность в домашних условиях приготовить доступные индикаторы и с их использованием определить среду растворов моющих средств.

Глава I. Индикаторы

  1.  
    1. . Этимологияслова«индикатор»

Нетрудно представить себе, что мы живём в мире индикаторов. Именно индикаторы помогают нам ориентироваться в современном мире, защищают нас, подсказывают нам. Не верите – судите сами.

ИНДИКАТОР- (от позднелатинского indicator - указатель), прибор (уст- ройство), отображающий ход какого-либо процесса, полученные результа- ты, состояние объекта наблюдения и тому подобную информацию в про- стой и доступной человеку форме. Примеры индикатора: сигнальная лампа, звонок, стрелочный или цифровой прибор, табло, сигнальная лампочка на панели телевизора или магнитофона, светофор. Все эти индикаторы указы- вают нам на что – либо: уровень громкости на световом табло магнитофо- на, безопасность движения на перекрёстке, подключение к электросети хо- лодильника и т.д. Наша жизнь без индикаторов будет сильно затруднена. А представить себе, например, кабину современного пилота без электрон- ных индикаторов, которые дают информацию о взаимодействии всех сложных механизмов авиалайнера, просто невозможно.

Вот как трактуют определение понятия «индикатор» различные словари:

СловарьиностранныхсловподредакциейИ.В.Лехинадаёт сле- дующее определение понятию «индикатор»:

1. Всякий прибор, служащий для какого-либо измерения напряжения аппарата для записи колебаний давления в цилиндрах поршневых машин, во время их работы вычерчивающий индикаторную диаграмму.

2. Вещество (реактив), указывающее конец химической реакции изменением цвета или образованием осадка.

В соответствии с ТолковымсловарёмрусскогоязыкаподредакциейС.И.Ожегова,Н.Ю.Шведовой

индикатор–

  1. Прибор, (устройство, элемент), отражающий какой-нибудь процесс, состояние наблюдаемого объекта. Визуальный индикатор. Акустический индикатор.

  2. Вещество, являющееся химическим реактивом.

В соответствии со словарёмхимическихтерминов

Индикаторы- вещества, меняющие цвет в зависимости от кислотности среды.

  1.  
    1. . Индикаторы в химии

Индикаторы (от латинского indicator – указатель) – это сложные органические вещества, которые меняют цвет в зависимости от того, попали они в кислую, щелочную или нейтральную среду. Когда среда кислая, у раствора кислый вкус, и в нем избыток катионов водорода, когда щелочная – в растворе избыток гидроксид-анионов. Если в растворе катионов водорода и гидроксид-анионов поровну, то среда считается нейтральной. Больше всего распространены индикаторы: лакмус, фенолфталеин и метиловый оранжевый (метилоранж).

  1.  
    1. . История открытия индикаторов

Природные пигменты-красители человеку были известны давно, еще в Древнем Риме и Древнем Египте. Красители находили широкое применение при окраске тканей. Для нас же особый интерес представляют природные индикаторы, красители-пигменты, которые изменяют окраску в зависимости от среды раствора: кислой, щелочной, нейтральной.

История открытия вещества, о котором пойдёт речь, началась в XVII веке в лаборатории известного английского физика и химика Роберта Бойля (1627-1692). В лаборатории, как обычно, кипела напряжённая работа: горели свечи, в ретортах нагревались разнообразные вещества. В кабинет к Бойлю вошел садовник и поставил в углу корзину с великолепными тёмно-фиолетовыми фиалками. В это время Бойль собирался проводить опыт по получению серной кислоты. Восхищённый красотой и ароматом фиалок, учёный, захватив с собой букетик, направился в лабораторию. Его лаборант Уильям сообщил Бойлю, что вчера доставили две бутылки соляной кислоты из Амстердама. Бойлю захотелось взглянуть на эту кислоту, и, чтобы помочь Уильяму налить кислоту, он положил фиалки на стол. Затем он взял со стола букетик и отправился в кабинет. Здесь Бойль заметил, что фиалки слегка дымятся от попавших на них брызг кислоты. Чтобы промыть цветы, Бойль опустил их в стакан с водой. Через некоторое время он бросил взгляд на стакан с фиалками, и случилось чудо: тёмно-фиолетовые фиалки стали красными. Естественно, Бойль, как истинный учёный, не мог пройти мимо такого случая и начал исследования. Он обнаружил, что и другие кислоты окрашивают лепестки фиалок в красный цвет. Учёный подумал, что если приготовить из лепестков настой и добавить немного к исследуемому раствору, то можно будет узнать, кислый он или нет. Бойль начал готовить растворы из целебных трав, древесной коры, корней растений. Однако самым интересным оказался фиолетовый настой, полученный из лакмусового лишайника.

   

Лакмусовый лишайник

Roccella fuciformis(Ангола, Мадагаскар)

Лакмусовый лишайник

Parmelia sulcatf (Англия)

Кислоты изменили его цвет на красный, а щёлочи – на синий. Бойль распорядился пропитать этим настоем бумагу и затем высушить её. Так была создана первая лакмусовая бумажка, которая теперь имеется в любой химической лаборатории. Клочок такой бумажки, погружённый в испытуемый раствор, изменяет цвет и показывает, кислый это раствор или щелочной. Таким образом, было открыто одно из первых веществ, которые Бойль уже тогда назвал индикаторами. Индикаторы помогли Р. Бойлю открыть новую кислоту. Сжигая фосфор и растворяя образовавшийся белый продукт в воде, он получил неизвестную химикам кислоту. По исходному веществу он назвал ее фосфорной.

4Р +5О2 = Р2О5

Р2О5 + 3Н2О = 2Н3РО4

В 1640 г. ботаники описали гелиотроп – душистое растение с темно-лиловыми цветками, из которого было выделено красящее вещество.

Этот краситель наряду с соком фиалок стали широко применять химики в качестве индикатора. Вот что писал Р.Бойль о гелиотропе – растении с душистыми темно-лиловыми цветами: «Плоды этого растения дают сок, который при нанесении на бумагу или материю имеют сначала свежий ярко-зеленый цвет, но неожиданно изменяет его на пурпурный. Если материал замочить в воде и отжать, вода окрашивается в винный цвет, такие виды красителя (их обычно называют «турнесоль») есть у аптекарей, в бакалейных лавках и в других местах, которые служат для окраски желе, или иных веществ, кто как хочет».

Фенолфталеин – кислотно-основный индикатор.

Фенолфталеин – бесцветное кристаллическое органическое вещество сложного строения. Фенолфталеин плохо растворим в воде и хорошо в этиловом спирте. Он может служить кислотно-основным индикатором: его раствор, бесцветный в нейтральной и кислотной среде, в щелочной среде становится малиновым. Фенолфталеин – это не только индикатор, но и лекарственное средство (сильное слабительное – пурген) и поэтому продаётся в аптеке. Синтез фенолфталеина впервые осуществил в 1871 году немецкий химик Адольф фон Байер, будущий лауреат Нобелевской премии.

В наши дни известны несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных начиная с середины XIX века. С некоторыми из них можно познакомиться в школьной химической лаборатории. Индикатор- метиловый оранжевый (метилоранж) в кислой среде красный, в нейтральной – оранжевый, а в щелочной – жёлтый.

В зависимости от кислотности среды изменяет свою окраску и краситель бриллиантовый зелёный (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – «зелёнка»). Для того чтобы проверить это, надо приготовить разбавленный раствор бриллиантового зелёного: налить в пробирку несколько миллилитров воды и добавить в неё одну-две капли аптечного препарата. Раствор приобретает красивый зелёно-голубой цвет. В сильнокислой среде его окраска сменится жёлтой, а в сильнощелочной раствор обесцветится.

Многие красители, которыми красят материю, бумагу тоже являются индикаторами. Этим и объясняется появление на одежде и обложках тетрадей цветных пятен при попадании капель кислоты.

Если нет настоящих химических индикаторов, то для определения среды растворов можно успешно применять самодельные индикаторы из природного сырья. Природные индикаторы содержат окрашенные 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.

Глава II. Экспериментальная часть

Одним из важнейших этапов моего исследования является выбор сырья для приготовления индикаторов, с помощью которых я исследовала моющие средства.

Для получения природных индикаторов были использованы растительные объекты, выращенные моей семьей на даче:

- корнеплоды свеклы,

- листья краснокочанной капусты.

  1.  
    1. Приготовление природных индикаторов и изучение их свойств

Из растений были приготовлены отвары. Для этого было взято по 50 граммов мелко измельчённого растительного сырья, смешанного с небольшим количеством воды. Смесь нагревали на водяной бане в течение 10-20 минут до появления интенсивной окраски. Полученный отвар остужали, фильтровали, и в таком виде он был готов к дальнейшим исследованиям.

Фото 1. Природные индикаторы (отвар листьев краснокочанной капусты и корнеплодов свёклы)

Полученные фильтраты применяли для определения реакции среды в кислотных, нейтральных и щелочных растворах.

Окраска растительных индикаторов в различных средах

Сырье для приготовления индикаторов

Естественный цвет индикатора (нейтральная среда)

Цвет раствора

в кислой среде

в щелочной среде

Листья краснокочанной капусты

Фиолетовый

Красный

Тёмно-зелёный

Корнеплоды свёклы

Красный

Бордовый

Жёлто-чёрный

 

Фото 2.

Цвет отвара краснокочанной капусты в кислой, нейтральной, щелочной среде.

 

 

Фото 3.

Цвет отвара корнеплодов свёклы в кислой, нейтральной, щелочной среде.

 

  1.  
    1. Определение реакции среды моющих средств

2.2.1. Определение реакции среды моющих средств отваром

из листьев краснокочанной капусты

С использованием в качестве природного индикатора полученного отвара краснокочанной капусты была определена реакция среды семи моющих средств.

Моющее средство

Окраска индикатора

Среда раствора

«Frosh»

Красный

Кислотная

«Миф»

Фиолетовый

Нейтральная

«Fairy»

Красноватый оттенок

Кислотная

«Биолан»

Тёмно-зелёная

Щелочная

«AOS»

Зелёный

Щелочная

«Каждый день»

Фиолетовый

Нейтральная

«Econta»

Зелёный

Щелочная

 

Фото 4.

Цвет индикатора отвара краснокочанной капусты в моющих средствах.

 

2.2.2. Определение реакции среды моющих средств отваром

из корнеплодов свёклы

С использованием в качестве природного индикатора полученного из корнеплодов свёклы была определена реакция среды семи моющих средств.

Моющее средство

Окраска индикатора

Среда раствора

«Frosh»

Тёмно-красный

Кислотная

«Миф»

Красный

Нейтральная

«Fairy»

Бардовый

Кислотная

«Биолан»

Жёлто-чёрный

Щелочная

«AOS»

Жёлто-чёрный

Щелочная

«Каждый день»

Красный

Нейтральная

«Econta»

Жёлтый

Щелочная

 

Фото 5.

Цвет индикатора отвара корнеплодов свёклы в моющих средствах.

 

Глава III. Заключение

В ходе проведенной работы, я провела эксперимент по выделению природных индикаторов из различных видов растений и изучила их свойства, определила кислотность среды препаратов бытовой химии.

Работа была очень увлекательной и интересной. Я узнала много нового об индикаторах и моющих средствах. Оказывается, использовать растительное сырье для получения индикаторов кислотности люди научились с древних времен. Самый известный индикатор – лакмус – изначально изготавливался из лишайников определенного вида. Английский ученый Р. Бойль в середине 17 века описывал в своих трудах приготовление индикатора из сока фиалок.

В химической лаборатории часто возникает необходимость узнать кислотность среды. Для этого используются синтетические индикаторы, с некоторыми из которых я познакомилась на уроках химии. Но с кислотными и щелочными растворами мы встречаемся не только в химии, но и в повседневной жизни. И тут может пригодиться умение готовить индикатор из растений самостоятельно. Результаты моей работы подтвердили гипотезу, что не все средства для мытья посуды безвредны для кожи рук. Полученной информацией я поделилась с одноклассниками, учителями и со своими близкими людьми для того, чтобы они правильно выбирали моющие средства.

Выводы

  1. Проведённое исследование позволило сделать вывод о реакции среды растворов моющих средств: «Frosh», «Fairy» имеют кислотную среду; средство «Каждый день», «Миф» имеют нейтральную среду; «Биолан», «AOS», «Econta» имеют щелочную среду.

  2. Поверхностный слой кожи – эпидермис - покрыт микроскопически тонким слоем - кислотной мантией, следовательно, нормальная кожа имеет кислотную среду. Если среда раствора моющего средства щелочная, то данное средство будет разъедать поверхностный слой эпидермиса кожи рук.

  3. Моющие средства: «Frosh», «Fairy» не вредны для кожи рук; моющие средства «Каждый день», «Миф» имеют нейтральную среду раствора, поэтому их тоже можно считать безопасными для рук, а вот «Биолан», «AOS», «Econta» – вредны, и при работе с ними желательно использовать перчатки.

Используемая литература

1. Аликберова Л.Ю. Занимательная химия/ Л. Ю. Аликберова.- М.: Астрель, 2000.

2. Горбенко Н.В. Методические рекомендации к учебному пособию С.Б. Шустова, Л.В. Шустовой, Н.В. Горбенко «Химические аспекты экологии» для учащихся старших классов общеобразовательных организаций. Курс по выбору/ Н.В. Горбенко. – М.: ООО «Русское слово – учебник», 2015

3. Лехин И.В. Словарь иностранных слов/ И.В. Лехин.- М., 1986; 19-е изд.

4. Ожегов С.И., Шведова Н.Ю. Толковый словарь русского языка/ С.И. Ожегов Н.Ю. Шведова.- М.6 Азбуковник,1997.

5. Перельман В.И. Краткий справочник химика / Сост. В. И. Перельман. – М.: Госхимиздат, 1963.

6.http://www.hintfox.com/article/prigotovlenie-indikatorov-iz-prirodnih-materialov.html

7. https://botan.cc/prepod/himiya/oqm8euso.html

8. http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_chemistry/1737/ИНДИКАТОРЫ