Растительные индикаторы

Проектно-исследовательская работа

по теме: «Растительные индикаторы»

______________К.Ю. Голосова

Славянск-на-Кубани, 2018

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Лимонная кислота, уксус, нашатырный спирт, известь, аскорбиновая кислота, щавелевая кислота – вещества, часто встречающиеся в быту. Среди кислот и щелочей много опасных, агрессивных веществ, способных вызвать тяжелые химические ожоги. Многие растворы кислот и щелочей бесцветны, не имеют запаха, но их нельзя пробовать на вкус. Для того, различить кислоты и основания используют индикаторы.

Индикаторы – это органические и неорганические вещества, изменяющие свою окраску в зависимости от реакции среды. Название «индикаторы» происходит от латинского слова indicator, что означает «указатель» [1].

Растительные индикаторы содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие, и называются эти вещества пигментами. Их окраска определяется избирательным поглощением света в видимой части солнечного спектра.

Каротиноиды – содержатся в растениях, устойчивых к пониженным температурам. Когда хлорофилл исчерпывается в холодное время года, листья приобретают заметную жёлтую или оранжевую окраску за счёт пролонгированного действия пигмента каротиноида. Оранжево-красный цвет растениям даёт пигмент каротин, жёлтую – ксантофилл. Эти пигменты имеют белково-липоидную основу, обнаруживаются в плодах помидоров, апельсинов, мандаринов, в корне моркови [2].

Индикаторы помогают узнавать и контролировать состав газообразных или жидких сред, следить за изменением их состава и за протеканием химической реакции. В этой сфере чаще всего применяются кислотно-основные индикаторы. В зависимости от кислотности раствора, разбавленные растворы обладают способностью резко изменять цвет. Причиной изменения цвета является изменение в строении молекул индикаторов в кислой и щелочной среде. Это приводит к изменению спектра поглощения раствора. Соки ярко окрашенных плодов, ягод, лепестков цветов обладают способностью изменять цвет в зависимости от pH среды, поэтому могут быть использованы в качестве индикаторов. Водородной показатель среды бывает: Нейтральными, Щелочными и Кислыми. В нейтральной среде индикатор не меняет своего цвета ,и изменений не наблюдается. В щелочной и кислой среде индикатор меняет свой цвет в зависимости от своей природы [3].

Цель работы – получить растительные индикаторы и узнать их практическую роль.

Задачи:

- изучить понятие об индикаторах;

- ознакомиться с функциями индикаторов и их открытием;

- анализировать классификацию растительных индикаторов;

- получить растительные индикаторы из природного сырья;

- изучить изменение цвета пигментов растений в различных средах.

Гипотеза: пигменты, содержащиеся в плодах растений обладают свойствами индикаторов, растворы  растительных  индикаторов  можно  приготовить  самостоятельно  и  применять  в  быту и школьной  лаборатории.

1. 1 История открытия растительных индикаторов

Впервые индикаторы обнаружил в 17 веке английский физик и химик Роберт Бойль.

Бойль проводил различные опыты. Однажды, когда он проводил очередное исследование, зашел садовник. Он принес фиалки.
Бойль любил цветы, но ему необходимо было проводить эксперимент. Бойль оставил цветы на столе. Когда ученый закончил свой опыт он случайно посмотрел на цветы, они дымились.Чтобы спасти цветы, он опустил их в стакан с водой. И – что за чудеса - фиалки, их темно- фиолетовые лепестки, стали красными.

Бойль заинтересовался и проводил опыты с растворами, при этом каждый раз добавлял фиалки и наблюдал, что происходит с цветками.

В некоторых стаканах цветы немедленно начали краснеть. Ученый понял, что цвет фиалок 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.

Эти хитрые бумажки Роберт Бойль назвал индикаторами, что в переводе с латинского означает «указатель», так как они указывают на среду раствора.

Именно индикаторы помогли ученому открыть новую кислоту - фосфорную, которую он получил при сжигании фосфора и растворении образовавшегося белого продукта в воде. В настоящее время на практике широко применяют следующие индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый.

1.2 Роль растительных индикаторов

Растительные индикаторы содержат окрашенные вещества, способные менять свой цвет в ответ на то или иное воздействие. Называются эти окрашенные вещества пигментами. Их окраска определяется избирательным поглощением света в видимой части солнечного спектра.

 Меланин – пигмент, встречающийся кожуре красных сортов винограда, лепестках некоторых цветков. Структура молекул меланина жидкокристаллическая. Пигмент является сильным антиоксидантом.

 Фитохром – голубой растительный пигмент белкового строения, контролирует процессы цветения и прорастания семян. У одних растений ускоряя цветение, у других – задерживая. Фитохром играет роль «биологических часов» растения, механизм действия пока не изучен. Известно, что строение пигмента меняется в зависимости от светлого и тёмного времени суток, сигнализируя об этом растению. Phyton - от греческого растение, сhrom – цвет, краска. Это вещество регулирует синтез белковых молекул (ДНК, РНК), образование хлорофилла, каратиноидов, антоцианов, органических фосфатов, витаминов. Фитохром связан с клеточными мембранами и встречается практически во всех органах растения.

 Антоцианы – придают растениям окраску в диапазоне от розовой, красной, сиреневой, до синей и тёмно-фиолетовой. Антоцианы образуются в процессах гидролиза крахмала и по своему происхождению являются безазотистыми соединениями, близким к глюкозидам – соединениям сахара с неуглеводной частью. Усиленное образование антоцианов в клетках растения происходит при снижениях температур окружающей среды, при остановках синтеза хлорофилла, при интенсивном освещении УФ-лучами, при недостатке фосфора, необходимого для ввязывания гидролизованных крахмалом сахаров. При этом окраска листьев растений изменяется от зелёных до красных и синих цветов. Антоцианы хорошо растворимы в воде и присутствуют в соке вакуолей. Диапазон цветов изменяется благодаря наличию в растении всего трёх моделей антоцианов, различных между собой числом гидроксильных групп. Вариации в пропорциях этих пигментов в растениях дают разную окраску лепестков. В зависимости от кислотности (рН) среды сока вакуолей, антоциан придаёт ту или иную окраcку. В кислой среде он обычно имеет красные тона, например, у герани, гортензии, фиалок. В щелочной эти растения приобретают сине-голубые тона. Если же к синему или фиолетовому раствору антоциана прибавить кислоту, раствор снова станет розовым. Опытным путём это легко проверить на растениях, подбирая в качестве подкормок те или иные микроэлементы, изменяющие кислотность жидкости вакуолей. Если к нейтральному раствору антоциана добавить очень слабый щелочной раствор – получается голубое окрашивание, при более концентрированном растворе щелочи окрашивание перейдёт в жёлто-зелёное. Красная окраска – у маков, роз, герани, синяя – у васильков, голубая – у колокольчиков обусловлена наличием пигмента антоциана. Плоды винограда, слив, терна, краснокочанной капусты, свеклы окрашены антоцианом. Считается, что антоциан защищает растения от низких температур, от вредного воздействия солнечного цвета на цитоплазму.

 Антохлор - пигмент жёлтого цвета. Встречается в клетках кожицы лепестков первоцвета (баранчики, примула), льнянки, жёлтого мака, георгины, в плодах лимонов и других растениях. 

Антофеин - редко встречающийся пигмент тёмного цвета. Вызывает окраску пятен на крыльях венчика у русских бобов (Fabavulgaris). 

Каротиноиды – содержатся в растениях, устойчивых к пониженным температурам. Когда хлорофилл исчерпывается в холодное время года, листья приобретают заметную жёлтую или оранжевую окраску за счёт пролонгированного действия пигмента каротиноида. Каротиноиды защищают растения от пагубного действия солнечного света, принимая УФ-излучения солнца на себя, трансформируя в энергию и передавая её хлорофиллу. С помощью такой передачи хлорофилл регулирует процессы фотосинтеза. В доказательство того, что каротиноиды присутствуют в листьях постоянно наравне с хлорофиллом, послужит следующий эксперимент: к спиртовой вытяжке хлорофилла прилить бензина 1:1, взболтать смесь и дать отстояться, смесь расслоится. Нижний слой из спирта имеет жёлтую окраску и содержит жёлтый пигмент ксантофилл. Верхний бензиновый слой зелёного цвета и содержит хлорофилл и каротин. Оранжево-красный цвет растениям даёт пигмент каротин, жёлтую –ксантофилл. Эти пигменты имеют белково-липоидную основу. Эти пигменты обнаружены в плодах помидоров, апельсинов, мандаринов, в корне моркови. Основная роль этих пигментов - придать растениям яркую привлекательную окраску, привлекая птиц и животных для разнесения семян. Цветы с оранжево-жёлтой окраской - лютик, настурция.

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

Широко используются кислотно-основные индикаторы, разбавленные растворы которых обладают способностью заметно изменять цвет, в зависимости от кислотности раствора. Причина изменения цвета — изменения в строении молекул индикатора в кислой и щелочной среде, что приводит к изменению спектра поглощения раствора.

В ходе исследования определения рН среды в растворах и соках нами использовалась методика, описанная Сёренсеном в 1909 году [3]. Для опытов использовались растительные индикаторы и жидкие растворы. Методика изготовления индикаторов из природного сырья:

Соки ярко окрашенных плодов, ягод, лепестков цветов обладают способностью изменять цвет в зависимости от pHсреды, поэтому могут быть использованы в качестве индикаторов.

pH среды бывают: Нейтральными, Щелочными и Кислыми .В нейтральной среде индикатор не меняет своего цвета ,и изменений не наблюдается. В щелочной и кислой среде индикатор меняет свой цвет в зависимости от своей природы.

Если растительный материал спелый и сочный (ягоды вишни, черники, черной смородины и т.п.),то для получения сока растираем плоды или ягоды в фарфоровой ступке. Приливаем кипяченную воду в соотношении 1:3(на одну часть сока три части воды). Образовавшуюся смесь перемешиваем и осторожно фильтруем. Собранный фильтрат представлят собой растительный индикатор.

Если растительный материал не сочный(корнеплоды свеклы, листья фиолетовой капусты, фиолетовый лук и др.), то для получения сока измельчаем его на мелкой терке или растираем в фарфоровой ступке с небольшим количеством чистого песка и приливаем кипяченную воду также в соотношении 1:3.Оброзовашуюся смесь перемешиваем и осторожно фильтруем.

Налеваем в одну пробирку кислоту натрия, в другую- солярную кислоту и вносим в каждую пробирку по несколько капель приготовленного растительного индикатора. Отмечаем окраску индикаторов в нейтральной щелочной и кислой среды.

Данные исследования представлены в таблице 1:

Таблица 1 – Значение рН растворов и соков:

В результате эксперимента из таблицы 1 видно, что не все индикаторы, из приготовленных нами, можно использовать как индикаторы. Например, морковный сок, помидор, яблоко, огурец, картофель, лимон, молоко, уксус, чай лучше не использовать как индикаторы, потому что изменения цвета и рН среды незначительны. В то же время свекла, кофе проявляют ярко выраженные индикаторные свойства. Интенсивность окраски индикаторов зависит от концентрации исследуемых растворов, что позволяет приблизительно оценить агрессивность среды. Легкость приготовления и безопасность делают подобные индикаторы легкодоступными, а значит хорошими помощниками в работе с кислотами и основаниями

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в ходе исследования гипотеза полностью подтвердилась.

Задачи исследования выполнены.

Проведя научно-исследовательскую работу, пришли к следующим выводам:

Работу с природными индикаторами можно продолжить, исследуя индикаторные свойства других растений.

Заметная разница в цветах  некоторых соков  замороженных и свежих ягод, требует дальнейшего изучения на примерах других ягод в летнее время года.

Список использованных источников

1 Байкова, В.М. Химия после уроков [Текcт]/ В.М. Байкова. – Петрозаводск. – 2004. – стр. 90-95