Наукова робота. Виготовлення рослинних індикаторів та їх використання для визначення середовища засобів побутової хімії, продуктів харчування та ґрунту

Автор:
Гарасим’юк Мар’яна
учениця 9-Б класу
Микуличинської ЗОШ І-ІІІ ступенів
Яремчанської міської ради
Івано-Франківської області

Науковий керівник:
Білинська Олександра Степанівна,
вчителька хімії
Яремчанської міської ради
Івано-Франківської області,
лауреатка IV Всеукраїнського Інтернет-конкурсу 
„УЧИТЕЛЬ РОКУ–2019” за версією
науково-популярного природничого журналу
„КОЛОСОК” у номінації „Хімія”

Мета роботи – отримання рослинних індикаторів з природної сировини; вивчення зміни забарвлення рослинних індикаторів в нейтральному, кислому та лужному середовищах; дослідження рН речовин, що застосовуються в побуті, косметичних засобів та ґрунту.

Новизна роботи полягає в тому, що я провела дослідження визначення реакції рослинних індикаторів в засобах побутової хімії, косметичних засобах та ґрунті; запропонувала використовувати саморобний індикаторний папір під час уроків; дослідила реакцію ґрунту на різних частинах свого городу і зробила висновок щодо висадки сільськогосподарських рослин відповідно до кислотності ґрунту.  

Практичне значення роботи.

Інформацію, отриману в цій роботі можна використовувати   як на уроках хімії, так і на уроках біології. Рослинні індикатори доступні для кожного учня і можуть використовуватись при проведенні дослідів у шкільній лабораторії, для домашніх дослідів, для досліджень у польових умовах, для демонстрування цікавих дослідів, для того, щоб учні мали уявлення про природні індикатори і використовували їх у своєму житті в майбутньому (для визначення рН різних розчинів, наприклад, молочних продуктів, бульйонів, лимонаду та інших), а також для визначення кислотності ґрунту, так як на одній і тій же землі в залежності від її кислотності один вид рослин може давати високий урожай, а інші будуть пригнобленими. Синтетичні індикатори не всім доступні. Природні індикатори легко приготувати і цим економляться кошти на реактиви.

Що таке індикатори.

Індикатори – це органічні речовини, які можуть приєднувати йони H⁺ або OH^–. Залежно від того, який йон приєднала молекула індикатора, вона змінює свою структуру. У результаті ми спостерігаємо зміну кольору індикатора. Якщо індикатор містився в розчині — змінюється колір розчину, якщо він був нанесений на папір (індикаторний папір) — змінюється колір індикаторного паперу.

Природні індикатори мають і переваги, і недоліки.

Недоліки природних індикаторів: їх відвари досить швидко псуються – скисають або пліснявіють, тому частіше використовують  більш стійкий спиртовий розчин.  Інший недолік – дуже широкий інтервал зміни кольору. При цьому важко або неможливо відрізнити, наприклад, нейтральне середовище від слабо кислого або слабо лужне від сильно лужного.

Позитивним моментом є те, що вони екологічно безпечні і їх можна приготувати і використовувати в домашніх умовах.

Виготовлення індикаторів у домашніх умовах.

Для  приготування розчинів  індикаторів з рослинної сировини рекомендується, використовувати забарвлені рослини або їх частини. Вибір рослинного матеріалу для приготування індикаторів необмежений.

Головне – щоб виготовлені індикатори відповідали певним вимогам:

• мають бути слабкою кислотою або слабкою основою;
• молекули і йони повинні мати різне забарвлення;
• забарвлення має бути надзвичайно інтенсивним, щоб його можна  було помітити  при додаванні до досліджуваного  розчину навіть малої кількості індикатора.

Можливі 3 шляхи приготування розчинів індикаторів з природної сировини:

І. Подрібнити потрібний матеріал та вичавити з нього сік. Отриманий сік розвести водою або спиртом для довшого зберігання.

ІІ. Подрібнити потрібний матеріал, залити його гарячою водою і настояти. Згодом відфільтрувати і використовувати фільтрат як індикатор.

ІІІ. Приготувати відвар – подрібнений матеріал недовго прокип’ятити, настояти до охолодження розчину, відфільтрувати.

 Експериментально-практичний блок.

1. Підбір сировини для виготовлення індикаторів.

Я пробувала виготовляти індикатори з різних рослин – квітів, овочів, ягід. Звісно, не всі рослини були придатні для проведення кислотно-лужного аналізу продуктів побутової хімії, продуктів харчування, ґрунту. Деякі давали не чітку зміну забарвлення, іншими можна було визначити тільки сильну кислоту чи сильну основу, тому вони теж не годилися для проведення аналізу в домашніх умовах. В основному чітку картину з яскраво вираженою зміною забарвлення давали рослини синьо-фіолетового забарвлення.

Спочатку я перевіряла, як працює індикатор, з трьома речовинами: слабкою оцтовою кислотою (СН₃СООН), сильною нітратною кислотою (HNO₃)  та з розчином питної соди (NaHCO₃), яка має лужне середовище.

Дані експериментів представила у таблиці.

Табл.1

2. Виготовлення розчинів-індикаторів з рослинної сировини.

Я виготовляла всі розчини індикаторів за такою схемою:

• подрібнила;
• вичавила сік;
• розвела водою.

Звісно, можна було приготувати відвари, в такому випадку відбувається краща екстракція рослинних пігментів у розчин. Але так як я спочатку перевіряла, які рослини краще використовувати в якості індикаторів, тому пробні зразки виготовила саме так.

Аналізуючи отримані розчини, роблю висновок, що в якості індикаторів найкраще використовувати яскраво-забарвлені в синьо-фіолетовий колір рослини: соки або відвари вишні, чорної смородини, фіолетової айстри, синьої капусти та цибулі і синього винограду.

3. Виготовлення індикаторного паперу.

Так як природнім індикаторам властивий недолік – вони не можуть довго зберігатися – тому я вирішила виготовити індикаторний папір.

Для цього відібрала соки трьох рослин, які найкраще змінювали забарвлення в різних середовищах – сік синьої капусти, цибулі та винограду.

Нарізала фільтрувальний папір на смужки та просочила його соками рослин-індикаторів.

Висушила смужки.

Індикаторний папір готовий!

4. Аналіз кислотно-основних характеристик засобів побутової хімії та продуктів харчування.

Використовуючи власноруч виготовлений індикаторний папір, провела аналіз кислотно-основного характеру таких речовин, дані в таблиці.

Табл.2

5. Аналіз ґрунту та рекомендації щодо висадки сільськогосподарських культур.

Я помітила, що на різних ділянках нашого городу ростуть різні рослини, а висадку сільськогосподарських культур батьки завжди здійснюють в одному місці, і добре підживлюють його гноєм. Властивості ґрунту, такі як вологоємність, структура, щільність, вміст кисню тощо, а також вміст поживних речовин, важких металів і солей визначає середовище існування рослин. Вносячи добрива, ми міняємо склад ґрунту. Змінюючи середовище, ми змінюємо умови для росту рослин; а вони реагують збільшенням кількості або навпаки, відсутністю, пишним ростом або пригніченим розвитком.

Використовуючи саморобні рослинні індикатори, я вирішила перевірити ґрунт на кислотність. Для цього взяла 3 проби ґрунту з різних частин городу – ґрунт з грядки, ґрунт з віддаленої частини городу, де ніколи нічого не садили і ґрунт з купки, яку нарив кріт. Дані аналізу в таблиці.

Табл. 3

Як бачимо, земля, підживлена гноєм, має слабо-кисле середовище. У нас прийнято вважати, що чим більше гною внести в ґрунт, тим краще будуть рости сільськогосподарські культури. Але це не зовсім так. На кислотність ґрунту різні культури реагують по-різному. На середньо і сильно-кислому найкраще ростуть морква, петрушка, редька, ріпа, помідори, кабачки, гарбузи, груша, малина, суниця, аґрус. Огірки, цвітна капуста, яблуня, слива віддають перевагу слабо-кислій і близькій до нейтральної реакції ґрунту. Помірна кислотність сприятлива для картоплі. 

На мою думку, слід переорати ту ділянку городу, де ґрунт показав слабо-лужну реакцію. Адже капуста, цибуля, часник, селера, пастернак, столовий буряк і смородина потребують, щоб земля була нейтральною або слабо-лужною. Задля доброго урожаю цих рослин можна спеціально вносити в ґрунт вапнякові матеріали.

Аналіз і узагальнення отриманих даних. Висновки.

В ході роботи дослідила індикаторні властивості різних рослин.

Виготовила з них індикатори-розчини та індикаторний папір.

Використовуючи саморобні рослинні індикатори, дослідила кислотно-лужні характеристики речовин, якими ми користуємося в побуті, улюблених продуктів харчування та ґрунту.

На основі отриманих даних можу зробити наступні висновки:

1. Індикаторні властивості притаманні тим рослинам, які мають рослинні пігменти.
2. Найкраще індикаторні властивості виражені у рослин з синьо-фіолетовим забарвленням.
3. З розчинів індикаторів можна виготовити індикаторний папір, який має такі ж властивості, як і розчини.
4. Проаналізувавши засоби побутової хімії, роблю висновок, що це, в основному, речовини з лужним середовищем, тому довгий контакт зі шкірою несе загрозу здоров’ю – пересихання і навіть тріскання шкіри, а барвники та ароматизатори, що є в засобах для миття-чищення можуть викликати алергічні реакції.
5. На милі «Шик» та шампуні вказано рН=5,5 – це слабо-кисле середовище, яке відповідає середовищу нашої шкіри. Проте дослідивши мило, я побачила, що в ньому слабо-лужне середовище. Отже, його в жодному разі не можна використовувати для дітей, у яких ніжна шкіра. І самим теж не потрібно надто часто ним митися, бо це пересушує шкіру.
6. Кока-кола має слабо-кисле середовище, це не несе загрози нашому здоров’ю. Проте в ній є великий вміст цукру та інші речовини, які можуть бути шкідливими. Це ж можна сказати і про «Мівіну» – середовище нейтральне, але в ній багато барвників, ароматизаторів, тому нею не потрібно зловживати.
7. Провівши аналіз ґрунту – порекомендую батькам, що де краще висаджувати.
8. Навчившись сама виготовляти рослинні індикатори – пораджу їх виготовити своїм однокласникам та друзям, адже це дуже цікаво і пізнавально!
9. Власноруч виготовленим індикаторним папером збагачу хімічну лабораторію і цим посприяю проведенню цікавіших уроків хімії.

Отже, дана робота збагатила мої знання про індикатори та їхнє застосування.

Редакція може не поділяти думку авторів і не несе відповідальність за достовірність інформації. Будь-який передрук матеріалів з сайту може здійснюватись лише при наявності активного гіперпосилання на e-kolosok.org, а також на сам матеріал!