Майстер – клас « Виготовлення саморобних природних індикаторів і досліди з ними»

Майстер – клас « Виготовлення саморобних природних індикаторів і досліди з ними»

      Я рада вітати вас у своїй творчій лабораторії і сподіваюсь на ваше співробітництво на майстер класі. Простягаючи вам свої руки,  я запрошую вас до спільної роботи. Якщо ви приймаєте мою пропозицію, протягніть мені руки. А якщо ні, то відверніть їх від мене.

Щиро дякую, шановні колеги.

       Колись було модно писати запрошення на пелюстках квітів. До речі, писали їх, залежно від квітки й бажаного кольору напису, розчином кислоти або лугу, користуючись тонким пером або шпичкою.

У хімічних лабораторіях часто користуються індикаторами для визначення середовища розчину: кислого, лужного, нейтрального. Якщо індикатор містився в розчині – змінюється колір розчину, якщо він був нанесений на папір (індикаторний папір) – змінюється колір індикатора.

Слово "індикатор" у перекладі з латини означає "вказівник". Це органічні речовини, які можуть приєднувати йони Н⁺ або ОН^-. Залежно від того, який йон приєднала молекула індикатора, вона змінює свою структуру.

Вперше індикатори, виявив в 17 столітті англійський хімік і фізик Роберт Бойль. Щоб зрозуміти, як працює світ, Бойль провів тисячі експериментів. Ось один з них. В лабораторії горіли свічки, у колбах щось кипіло,  коли недоречно прийшов садівник. Він приніс кошик з фіалками. Бойль дуже любив квіти, але довелося починати дослід. Він взяв декілька квіток, понюхав і поклав їх на стіл. Дослід почався, відкрили колбу, звідти почав виділятися їдкий  пар. Коли дослід скінчився, Бойль випадково подивився на квіти, вони димілися. Щоб зберегти квіти, він опустив їх до склянки з  водою. І що за чудо фіалки, їх темно фіолетові пелюстки стали червоними. Випадковий дослід? Випадкова знахідка? Роберт Бойль був би не справжнім вченим, якби не звернув увагу на такий випадок. Вчений велів помічнику готувати розчини, які потім перелили в склянки і в кожний опустили по квітці.  У деяких склянках квіти відразу почали червоніти. Нарешті, він зрозумів, що колір фіалки залежить від того, який розчин знаходиться у склянці, які речовини містяться в розчині. Тоді Бойля зацікавило, що покажуть не фіалки, а інші рослини. Експерименти проводилися один за іншим. Найкращі результати мають експерименти з lakmusovym лишайником. Тоді Бойль опустив в настій лакмусового лишайника звичайні паперові смужки. Зачекав, коли вони наситяться настоєм, потім висушив  їх. Ці розумні папірці Роберт Бойль назвав індикаторами, що в перекладі з латині означає «вказівник», оскільки вони вказують на середовище розчину. Саме індикатори допомогли вченому  виявити нову ортофосфатну кислоту, яку він отримав при спалюванні фосфору і розчиненні  білого продукту що утворився  у воді. В даний час на практиці широко використовуються такі індикатори: лакмус, фенолфталеїн  і  метилоранж.

Лакмус (від гол. lakmoes) (рос. лакмус, англ. litmus, нім. Lackmus n, Lackmuspapier n) — фарбуюча речовина, яка добувається з деяких лишайників. Застосовують як індикатор для визначення реакції середовища; в кислому середовищі спостерігається червоне забарвлення лакмуса, в лужному — синє, в нейтральному — фіолетове.

Випускають головним чином у вигляді лакмусового паперу. Лакмусовий папір — це фільтрувальний папір, просочений розчином лакмусу. Використовується як індикатор на кислоти і луги.

Фенолфталеїн (4,4'-діоксифталофенон або 3,3-біс-(4-гідроксифеніл)фталід) — трифенілметановий барвник, кислотно-основний індикатор, що змінює забарвлення від безбарвного (при pH < 8,2) до червоно-фіолетового, «малинового» (в лузі); але в концентрованому лузі — знову безбарвний. В концентрованій сульфатній кислоті утворює оранжевий катіон.

Одержують фенолфталеїн нагріванням суміші фталевого ангідриду і фенолу у мольному співвідношенні 1:2 (фенол часто беруть в надлишку), в присутності концентрованої сульфатної кислоти і цинк хлориду або алюміній хлориду.

Метилоранж (англ. methyl-orange, нім. Methylorange n) — органічний барвник. Водний розчин М. застосовують як індикатор.

У розчині при зменшенні кислотності, метиловий оранжевий переходить від червоного до оранжевого, і, нарешті, жовтого. Зворотні процеси відбуваються при збільшенні кислотності. Слід зазначити, що всі зміни кольору відбувається в кислому середовищі.

 Мені б хотілося зупинитися ще на одному індикаторі – це индіго кармін. Натуральний харчовий барвник синій «Індигокармін» - унікальний продукт. Він дозволений не тільки в нашій країні, але і у всіх державах Європейського Союзу. Максимальної шкоди, яку можна отримати від його вживання, полягає в алергічної реакції, зрідка - напади задухи.

Індигокармін, він же індиготин, або Е132, - харчова добавка у вигляді порошку або гранул темно-синього кольору. Особливо цінується натуральний продукт, тому що він видобувається зі складових частин рослин або тваринної сировини. Колір індиго таїть у собі якусь таємничість і однозначно привертає підвищену увагу. Адже природне джерело сировини - рослина індігоноскі. Воно виростає в Америці, Індії та деяких країнах Африки. Сам харчовий барвник добувають з листя і стебел цієї рослини.

Натуральний харчовий барвник синій «Індигокармін» застосовується переважно в харчовій промисловості, рідше - в фармацевтиці. Його можна зустріти в безалкогольних напоях, що виробляються в скляній тарі. Як і інші барвники, він поширений при виготовленні морозива, випічки, сухого печива, десертів і різних кондитерських виробів.

Використовують натуральний харчовий барвник синій «Індигокармін» і прості господині. Важливо розуміти, що доза речовини не повинна перевищувати 0,5 м на 1 кг. продукту. В іншому випадку можна зіткнутися з небажаними наслідками, аж до харчового отруєння.

Барвник є водорозчинним, завдяки чому може використовуватися вами для комбінування з іншими барвниками. Так ви отримаєте нові колірні рішення, які можна застосувати у вже готових продуктах.

  Пропоную до вашої уваги дослід  « Хімічний світлофор».

Наважку 2 г. глюкози розчинюємо у теплій воді і додаємо 10 мл. Натрій гідроксиду. В іншій колбі розчинюємо індигокармін, отримуємо інтенсивний розчин синього кольору. І додаємо розчин із першої колби. Розчин набуває зеленого забарвлення, а потім змінюється на червоний і згодом на жовтий. Ці переходи кольорів нагадують нам світлофор.

Але це не все цікаве. Цю реакцію  ми можемо повернути в зворотному напрямку, якщо злегка збовтаємо  отримаємо червоний розчин, а ще сильніше - зелений. І знову наша реакція проходить у попередньому напрямку.                 

                  Постає питання, чому розчин змінює колір?

А справа в тім, що в нашому повітрі міститься 21% кисню і при збовтуванні розчину індикатор окислюється киснем, а глюкоза, що знаходиться в розчині являється відновником і знову змінює колір на жовтий.

     В наш час, коли ми з вами практично не маємо запасів індикаторів, а на  своїх уроках,  так хочеться показати учням цікаві досліди, ми можемо скористатися саморобними індикаторами одержаними в домашніх умовах.

Сировиною в цьому випадку будуть різні частини рослин. Важливо, щоб вони мали забарвлення, яке буде змінюватися залежно від середовища. Як правило, це частини рослин, забарвлені в темно-червоний або синій колір.

         Так, сировиною для одержання індикаторів можуть бути червоні тюльпани, плоди чорноплідної горобини, чорниці, малини, вишні, чорної смородини, сік червоного буряка, квіти мальви й навіть чай каркаде, який роблять із квітів гібіскуса. Напевно, ви самі, трохи поекспериментувавши, знайдете ще природні індикатори в лісі, саду, городі, полі.

         Речовини-індикатори містяться в клітинах рослин, і їх потрібно вилучити звідти. Це можна зробити по-різному: наприклад, з ягід, червоного буряку можна просто видавити трохи соку. Сік слід розбавити водою так, щоби розчин став прозорим.

         З пелюстків квітів, чаю розчин індикатора можна одержати екстракцією, тобто просто залити окропом і дати настоятися. Розчинні речовини перейдуть у розчин – екстрагуються. Можна помістити частини рослин у водяну баню й там нагрівати доти, поки розчин не забарвиться. Водяну баню влаштувати зовсім просто: кладете в одну ємність досліджуваний матеріал, заливаєте водою, потім поміщаєте все це в ємність більшого розміру й ставите на вогонь. Такий розчин називають ще відваром.

Потім отримані розчини потрібно профільтрувати, злити в чистий посуд і зберігати в холодильнику. Пам’ятайте, що він легко може зіпсуватися, адже там немає консервантів. Краще відразу приступити до дослідів.

Візьміть 3 склянки. В одну налийте чистої кип’яченої води – це нейтральне середовище, в іншу – оцет, розчин лимонної кислоти. Це, звичайно, розчин з кислим середовищем. У третю склянку додайте розчин пральної або питної соди. Цей розчин має лужне середовище. Розчину потрібно зовсім небагато. Крапніть у кожну з них декілька крапель приготовленого вами індикатора.  Свої спостереження щодо зміни кольору розчину слід записати. Вони дуже знадобляться вам у подальших дослідженнях.  

Пропоную до вашої уваги хімічний фокус. Перед вами 3 чудові квіточки. Поставимо їх у три  хімічні стакани і накриємо їх хусточкою. І поки ми з вами будемо працювати, вони розквітатимуть.

               Виготовлення природних індикаторів:

1) листя свіжої червоної капусти (столовий буряк) порізали;

2) прокип’ятили;

3) відфільтрували;

4) добавили етилового спирту.

 Підготовка до хімічного фокусу:

виготовили з білої тканини 3 квітки;

квітки опустили в індикатори;

висушили;

приготували розчини:

                 -оцтова кислота;

                 -розчин нашатиря;

                 - вода.

Поставили квіти у стакани з розчинами.

Накрили хустками.

Через деякий час зняли хустки, квіти змінили забарвлення.

Результати занесли до таблиці.

            Тож  пропоную вам поділитися на 3 групи.

 1 група буде досліджувати: цибулю фіолетову і плоди вишні;

 2 група  досліджуватиме: червоний буряк і плоди чорної

                                    смородини;

3 група досліджуватиме: плоди чорниці і червонокачанну капусту.

Інструкції щодо роботи на ваших столах. Тож починаємо. 

                                      ІНСТРУКЦІЯ ДО РОБОТИ                       ( група 3)

1. Листя капусти нарізати дрібно, скласти в склянку і залити окропом на 15 – 20 хвилин.
2. Плоди чорниці потовкти в ступці. Сік профільтрувати і розбавити водою у співвідношенні  1:1.
3. У три пробірки наливаємо : у першу  розчин оцту ( кисле середовище), в  другу – розчин соди ( лужне середовище), а третю  - розчин дистильованої води ( нейтральне середовище) і добавляємо  по кілька крапель індикатору  . Спостереження записуємо в таблицю.
4. Сік капусти зливаємо у чистий стакан. У три пробірки з розчинами лугу, кислоти і дистильованої води додаємо по кілька крапель  отриманого індикатору.

Спостереження записуємо в таблицю.

                                      ІНСТРУКЦІЯ ДО РОБОТИ                       ( група 2)

1.               Буряк нарізати дрібно, скласти в склянку і залити окропом на 15 – 20 хвилин, або видавити сік і розвести його водою у співвідношенні 1:1.
2.               У три пробірки наливаємо : у першу  розчин оцту ( кисле середовище), в  другу – розчин соди ( лужне середовище), а третю  - розчин дистильованої води ( нейтральне середовище) і добавляємо  по кілька крапель добутого індикатору. Спостереження записуємо в таблицю.
3.               Плоди чорниці потовкти в ступці. Сік профільтрувати і розбавити водою у співвідношенні  1:1.
4.               У три пробірки з розчинами лугу, кислоти і дистильованої води додаємо по кілька крапель  отриманого індикатору.

Спостереження записуємо в таблицю.

                                      ІНСТРУКЦІЯ ДО РОБОТИ                       ( група 1)

1. Червону цибулю нарізати дрібно, скласти в склянку і залити окропом на 15 – 20 хвилин, або видавити сік і розвести його водою у співвідношенні 1:1.

2.У три пробірки наливаємо : у першу  розчин оцту ( кисле середовище), в  другу – розчин соди ( лужне середовище), а третю  - розчин дистильованої води ( нейтральне середовище) і добавляємо  по кілька крапель добутого індикатору. Спостереження записуємо в таблицю.

3. Плоди вишні   потовкти в ступці. Сік профільтрувати і розбавити водою у співвідношенні  1:1.

4. У три пробірки з розчинами лугу, кислоти і дистильованої води додаємо по кілька крапель  отриманого індикатору.

Спостереження записуємо в таблицю.

             Кожна група презентує результати своєї роботи.

Якщо ми з вами поглянемо на колір індикаторів з фруктів, то побачимо, що вони мають однаковий колір. А індикатори з овочей мають дещо різні кольори.

 Зробивши досліди з природними індикаторами,   ми з вами довели, що вони нічим не поступаються хімічним індикаторам. Але є доступнішими, дешевшими та економічно вигіднішими речовинами.