Обзор исследовательской работы «Природные индикаторы»
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: 19.08.2023).
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– 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).
Изменение цвета
Сырье для приготовления индикатора
Естественный цвет индикатора
Цвет врастворе
В кислой среде pH 7
(пищевая сода)
В нейтральной
среде pH=7
Источник
Природные индикаторы: какие растения расскажут о типе почвы и глубине залегания воды на земельном участке
Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.
На каждом земельном участке грунт является отдельной экосистемой с определенным набором микроорганизмов, которые и влияют на его плодородность. Кроме того, на плодородие почвы оказывает влияние и химический состав почвы, который перед посадкой всевозможных культур желательно определить. А помогут это сделать простые сорняки, являющиеся отличным индикатором.
Изучив, какие растения есть на участке, можно узнать о засоленности, грунтовых водах (их уровне), кислотно-щелочном балансе почвы, есть ли в грунте минералы.
1. Кислотность
Определить кислотность грунта можно по растительности, которая на нем растет — подорожник, ромашка, василек / Фото: mykaleidoscope.ru
- щавель, хвощ, мята полевая, подорожник, иван-да-марья – PH не выше 5 (кислая);
- вьюнок полевой, лебеда, ромашка – PH 5-6,6 (слабокислая);
- василек, бодряк огородный, крапива, лебеда, редька полевая, красный клевер, мать-и-мачеха – PH 6,6-7,2 (нейтральная);
- шалфей луговой, льнянка, дикий мак, полевая фиалка, люцерна, полевая горчица – PH от 7,3 и выше (щелочная).
Большая часть не только культурных, но и диких растений предпочитают нейтральную или слабокислую почву. Кстати, уточнить для себя информацию можно и при помощи полива грунта девятипроцентным уксусным раствором. Если после него на поверхности земли появляется пена, значит почва здесь щелочная, в противном случае – она кислая.
2. Азот
Растения помогут определить количество азота в почве — фиалка трехцветная, очисток, пустырник / Фото: vir-norindoc.org
Этот элемент необходим растениям для их нормального роста и развития. Особенно он актуален в весенний период и в начале лета. Чтобы не внести больше удобрений, чем требуется, нужно знать, в каком количестве азот содержится в грунте.
- фиалка трехцветная, белый клевер, ланцетный подорожник, очиток, пупавка, вереск обыкновенный, дикая морковь – в грунте азота мало;
- цикорий, двудомная крапива, пустырник, лебеда, звездчатка средняя, сныть – азота в почве много.
3. Магний и калий
Растения, которые помогают выявить наличие магния и калия в почве — борщевик, лебеда, наперстянка / Фото: poleznii-site.ru
Оба эти вещества играют важную роль для растений. Магний особенно нужен во время их роста, в вегетационный период. Он принимает участие в образовании требуемого для фотосинтеза хлорофилла. Благодаря калию плоды вырастают более вкусные. А сами растения намного устойчивее к различного рода заболеваниям.
- борщевик и лебеда – в грунте много калия;
- дубовик обыкновенный, морозник дикий, наперстянка – наличие магния в достаточном количестве.
4. Соль, известняк, песок, глина
Природные индикаторы, которые сигнализируют о составе почвы безошибочно — мать-и-мачеха, дикий мак, молочай / Фото: plantarium.ru
- подорожник, мать-и-мачеха, бодяк огородный, одуванчик, полевая мята, лютик ползучий, хвощ – глинистая почва;
- дикий мак, вереск, коровяк, молочай, звездчатка средняя – песчаная почва;
- молочай, лютик, прострел, льнянка, люцерна – преобладание известняка в почве.
5. Грунтовые воды – уровень их залегания
Узнать, как близко от поверхности земли находится вода, помогут таволга, солодка, незабудка и другие растения / Фото: azbyka.ru
- до 50 см – 1 метра – таволга;
- до метра – рогоз;
- до одного-полутора метров – полевая мята, мятлик, чина;
- приблизительно полтора метра – крапива, болиголов, купальница европейская, мать-и-мачеха, осока, наперстянка.
- полтора – пять метров – солодка;
- до двух метров – вейник, незабудка, камыш, ползучий лютик, тростник;
- метр – полтора – ива;
- от двух до трех метров – сердечник луговой, бодяк огородный, конский щавель;
- до трех метров – ольха;
- три-пять метров – пырей, подорожник.
Сырую землю любят лабазник, кусты смородины, тополь. Если на участке деревья наклоняются в одном направлении, значит грунтовые воды расположены близко от поверхности. При наличии полыни, горицвета летнего, ромашки, дремы белой и подорожника почва сухая.
Источник