Оцветяване на универсалния индикатор в различни среди. Водороден индекс за различни разтворени среди. Оцветяване на индикатори в различни разтворени среди

РАСТИТЕЛНИ ПОКАЗАТЕЛИ В УЧИЛИЩНАТА ЛАБОРАТОРИЯ

Павлова Съргилан

Макарова Виктория

клас 9 "Б", МБОУ "Вилюйско средно училище № 1 на името на Г.И. Чиряев, Вилюйск, Република Саха (Якутия)

Петрова Анна Прокопиевна

научен съветник, учител от най-висока категория, учител по химия, MBOU „Средно училище № 1 Вилюй на името на G.I. Чиряев, Вилюйск

Индикаторите са химически вещества, чийто цвят се променя в зависимост от pH на средата. Индикатор на латински означава "указател".

В уроците по химия използваме индикатори като лакмус, фенолфталеин, метилоранж, които променят цвета си в зависимост от средата на разтвора. Соковете и отварите от ярко оцветени плодове, плодове и цветя също имат свойствата на киселинно-базови индикатори, т.е. те променят цвета си при промяна на киселинността на средата.

Уместност: използването на киселинно-базови индикатори от плодовете на растения, растящи в Якутия, за определяне на реакцията на околната среда.

Цел на работата : Получаване на растителни индикатори от естествени суровини.

Задачи:

· изучаване на литературата, запознаване с метода за приготвяне на домашно приготвени индикатори от плодовете на растенията, растящи в нашия район;

· Получаване на набор от индикатори експериментално.

· изследване на поведението на растителните индикатори в различни среди.

· провеждане на проучване за определяне на околната среда на детергентни разтвори за грижа за косата.

Обект на изследване: естествени растения със свойствата на киселинно-алкални индикатори.

Хипотеза: разтвори на растителни индикатори могат да се приготвят самостоятелно и да се използват в училищната лаборатория.

Методи и техники на работа:

· Запознаване с методиката за провеждане на експерименти;

Пригответе индикаторни разтвори от естествени суровини;

· да изучават промените в цвета на природните показатели в зависимост от околната среда;

Спазвайте правилата за безопасност по време на химическия експеримент.

2. експериментална част

2.1. Определяне на средата на разтворите чрез изкуствени индикатори

Предназначение: n наблюдавайте промяната в цвета на разтворите на киселини, основи и средата на солни разтвори с изкуствено синтезирани индикатори.

Реактиви: решение на солна киселина HCl, разтвор на калиев хидроксид KOH, разтвор на калиев карбонат K 2 CO 3 , разтвор на натриев хлорид NaCl, разтвор на алуминиев хлорид AlCl 3 .

Училищната лаборатория по химия разполага със следните изкуствени индикатори: фенолфталеин, метилоранж и лакмус. Изследвахме ги за промяна на цвета в неутрална, кисела и алкална среда.

Маса 1.

Промяна на цвета на индикаторите в разтворите

Таблица 1 показва, че всички индикатори променят цвета си: в кисела среда до червено (с изключение на фенолфталеин); при неутрално те имат естествения си цвят, а при алкално цветът варира значително. Фенолфталеинът променя цвета на разтвора в малинов, лакмуса в син и метиловия оранжев в жълт.

2.2. Метод за приготвяне на зеленчукови индикатори

Напредък:

За да подготвим растителни индикатори, взехме 25 g суровини, натрошихме ги, наляхме 100 ml вода и варихме 1-2 минути. Получените бульони се охлаждат и филтрират. Към получения филтрат, за да се предпази от разваляне, се добавя алкохол в съотношение 2:1. Приготвени индикатори от плодовете на боровинки, червени боровинки, малини, боровинки, боровинки, ягоди, цвекло.

2.3. Определяне на средата на разтворите по растителни индикатори.

Резултати от изследването:

За да се изследва промяната в цвета на естествените индикатори в различни среди, няколко капки от растителен индикатор бяха взети с пипета и последователно добавени към разтвори на солна киселина, калиев хидроксид, натриев хлорид, калиев карбонат и алуминиев хлорид. Резултатите от всички експерименти са дадени в таблицата.

Таблица 2.

Промяна на цвета на естествените индикатори в различни среди

Таблица 2 показва, че всички обекти, които сме избрали, променят естествения си цвят в зависимост от киселинността на средата. Това се наблюдава много добре при червени боровинки, малини, боровинки, червени боровинки, ягоди, цвекло, яркочервена отвара от плодове и плодове, които в кисела среда стават розово-червено-виолетови, а в алкална среда - жълто-светлозелени.

Заключение: плодовете на растенията имат кисела среда, така че цветът на разтвора в кисела среда не се променя, цветът остава червен. В алкална среда разтворите стават жълти до зелени на цвят. От плодовете на растенията плодовете от цвекло са добри показатели, получават се изразени цветове на разтворите.

2.4. Изготвяне на индикаторни хартии.

Използвайки филтърна хартия и екстракти от растителни индикатори, подготвихме индикаторни хартии. Методът на приготвяне е много прост: разтвор от екстракт от растителен индикатор се нанася върху филтърна хартия с помощта на пипета, изсушава се и процедурата се повтаря отново.

Промяната в цвета на импрегнираните индикаторни хартии в различни среди съответства на промяната в цвета на екстракта от подобен растителен индикатор.

2.5. Определяне на околната среда на детергентни разтвори.

Реактиви: растителни индикатори, разтвори на шампоани: Абсолют, Специална серия (бира), Хед енд шълдърс, Катран, Клиър вита абе.

Напредък: всеки изпитван детергент е разтворим във вода и разделен на пет части. Към тях добавяме капка натурални показатели. Във всеки от тях индикаторите промениха цвета си. (таблица 3).

Таблица 3

Промяна на цвета на естествените индикатори в детергентни разтвори

Изводи от резултатите от изследването:

1. Всички показатели: домашна и фабрично произведена универсална хартия, показват във всички тествани продукти подходящия характер на околната среда.

2. Човешката кожа има леко кисела среда. За да предпазите кожата и косата от негативните ефекти на препарата, трябва да се зададе стойност, съответстваща на стойността на pH на епидермиса. Шампоаните за коса са с леко кисела среда, което отговаря на хигиенните изисквания за тези продукти. Според нашите проучвания на шампоани от различни производители, шампоаните като цяло отговарят на стандартните показатели, но шампоанът Clear vita abe е по-киселинен от другите шампоани. Второто място по отношение на киселинността е заето от шампоана "Абсолют", третото място е заето от шампоана "Катран".

Заключение:

Използвайки метода за получаване на растителни индикатори в училищната лаборатория, стигнахме до следните изводи:

1. Лакмус, метилоранж и фенолфталеин са киселинно-алкални индикатори, които най-често се използват в училищата. Чрез промяна на цвета им може да се прецени не само реакцията на средата, но и точно да се определи рН на разтвора.

2. Растителните индикатори имат достатъчно висока чувствителност, така че могат да се използват като киселинно-базови индикатори за определяне на средата на разтворите в училищна лаборатория в избираем курс, в химически кръгове, както и за определяне на киселинността на местната почва.

Приложение №1

Фигура 1. За да се изследва промяната на цвета на естествените индикатори, няколко капки от домашно приготвен индикатор бяха взети с пипета и последователно добавени към разтвори на натриев хлорид, калиев хидроксид, калиев карбонат, солна киселина и алуминиев хлорид

Фигура 2. Набор от индикатори за готови зеленчуци

Фигура 3 Обща формапроведени експерименти

Фигура 4. Индикатори за готова хартия

Фигура 5. Промяна на цвета на хартиените индикатори в различни среди

Библиография:

1. Голям енциклопедичен речник- 2-ро изд., преработено. и допълнителни - М .: „Голям Руска енциклопедия»; Санкт Петербург: Норинт, 2001.

2. Олгин О., Експерименти без експлозии./ О. Олгин. - М.: Химия, 1986.

3. Семенов П.П. „Показатели от местен растителен материал”, „Химия в училище”, 1984, № 1, стр. 73.

4. Степин С.С., Аликберова Л.Ю. Занимателни задачии зрелищни експерименти по химия, М .: "Дрофа", 2002 г.

Индикатори са веществата, които променят цвета си при промяна на реакцията на средата - най-често сложни органични съединения - слаби киселини или слаби основи. Схематично съставът на индикаторите може да се изрази с формулите НInd или IndOH, където Ind е сложен органичен анион или индикаторен катион.

В практиката индикаторите се използват отдавна, но първият опит да се обясни действието им е направен през 1894 г. от Оствалд, който създава т.нар. йонна теория. Съгласно тази теория недисоциираните индикаторни молекули и нейните Ind йони имат различни цветове в разтвора и цветът на разтвора се променя в зависимост от позицията на равновесието на дисоциация на индикатора. Например фенолфталеинът (киселинен индикатор) има безцветни молекули и пурпурни аниони; метилоранж (основен индикатор) - жълти молекули и червени катиони.

фенолфталеин метил оранжево

HIndH + + Ind–IndOH
Ind + +OH-

безцветен малини. жълто червен

Промяна в съответствие с принципа на Льо Шателие води до изместване на равновесието надясно или наляво.

Според хромофорната теория (Hanch), която се появи по-късно, промяната в цвета на индикаторите е свързана с обратимо пренареждане на атомите в молекулата на органично съединение. Това обратимо пренареждане в органична химиянаречен тавтомеризъм. Ако в резултат на тавтомерна промяна в структурата в молекулата на органично съединение се появят специални групи, наречени хромофори, тогава органичното вещество придобива цвят. Хромофорите са групи от атоми, които съдържат една или повече множество връзки, които причиняват селективно поглъщане на електромагнитни вибрации в UV областта. Групи от атоми и връзки, като −N=N−, =C=S, −N=O, хиноидни структури и т.н., могат да действат като хромофорни групи.

Когато тавтомерната трансформация води до промяна в структурата на хромофора, цветът се променя; ако след пренареждане молекулата вече не съдържа хромофор, цветът ще изчезне.

Съвременните идеи се основават на йонно-хромофорната теория, според която промяната в цвета на индикаторите се дължи на прехода от йонна форма към молекулярна и обратно, придружена от промяна в структурата на индикаторите. Така един и същ индикатор може да съществува в две форми с различни молекулни структури, като тези форми могат да се трансформират една в друга и между тях в разтвора се установява равновесие.

Като пример можем да разгледаме структурните промени в молекулите на типичните киселинно-базови индикатори - фенолфталеин и метилоранж под действието на алкални и киселинни разтвори (при различни стойности на рН).

Реакцията, в резултат на която поради тавтомерното пренареждане на структурата на молекулата на фенолфталеина в нея се появява хромофорна група, която причинява появата на цвят, протича съгласно следното уравнение:

безцветен безцветен безцветен

пурпурен

Индикаторите, като слаби електролити, имат малки константи на дисоциация. Например K d на фенолфталеин е 2 ∙ 10 -10 и в неутрална среда се намира главно под формата на молекулите си поради много ниска концентрация на йони, поради което остава безцветен. Когато се добави алкал, H + -йони на фенолфталеин се свързват, "свиват" с OH - алкални йони, образувайки водни молекули и равновесното положение на дисоциацията на индикатора се измества надясно - към увеличаване на концентрацията на Ind - йони. В алкална среда се образува динатриева сол, която има хиноидна структура, което обуславя цвета на индикатора. Изместването на равновесието между тавтомерните форми става постепенно. Следователно цветът на индикатора не се променя веднага, а преминава през смесен цвят до цвета на анионите. Когато киселина се добави към същия разтвор едновременно с неутрализацията на алкали - при достатъчна концентрация на Н + -йони - равновесното положение на дисоциацията на индикатора се измества наляво, към моларизация, разтворът отново се обезцветява.

По същия начин се променя цветът на метиловия оранжев: неутралните молекули на метиловия оранжев придават на разтвора жълт цвят, който в резултат на протониране се превръща в червен, съответстващ на хиноидната структура. Този преход се наблюдава в диапазона на pH 4,4–3,1:

жълто Червено

По този начин цветът на индикаторите зависи от pH на средата. Интензивността на цвета на такива индикатори е доста висока и е ясно видима дори при въвеждане на малко количество от индикатора, което не е в състояние да повлияе значително на рН на разтвора.

Разтвор, съдържащ индикатор, променя цвета си непрекъснато с промяната на pH. Човешкото око обаче не е много чувствително към подобни промени. Диапазонът, в който се наблюдава промяната на цвета на индикатора, се определя от физиологичните граници на възприемане на цвета от човешкото око. При нормално зрение окото е в състояние да различи наличието на един цвят в смес от него с друг цвят само ако има поне някаква прагова плътност на първия цвят: промяната в цвета на индикатора се възприема само в област, където има 5-10-кратен излишък на една форма спрямо друга. Като вземем HInd като пример и характеризираме състоянието на равновесие

Хинд
H + + Ind-

съответна константа

,

може да се напише, че индикаторът показва своя чисто киселинен цвят, обикновено уловен от наблюдателя, когато

,

и чисто алкален цвят при

В интервала, определен от тези стойности, се появява смесен цвят на индикатора.

По този начин окото на наблюдателя различава промяна в цвета само когато реакцията на средата се промени в диапазона от около 2 pH единици. Например при фенолфталеин този диапазон на pH е от 8,2 до 10,5: при pH = 8,2 окото наблюдава началото на появата на розово оцветяване, което се усилва до pH = 10,5, а при pH = 10,5 - увеличаване на червеното цвят вече невидим. Този диапазон от стойности на pH, в който окото различава промяна в цвета на индикатора, се нарича интервал на преход на цвета на индикатора. За метилоранж K D = 1,65·10 -4 и pK = 3,8. Това означава, че при pH = 3,8 неутралната и дисоциираната форма са в равновесие в приблизително равни концентрации.

Определеният диапазон на рН от приблизително 2 единици за различни индикатори не попада в една и съща област на скалата на рН, тъй като позицията му зависи от специфичната стойност на константата на дисоциация на всеки индикатор: колкото по-силна е киселината HInd, толкова по-киселинен е преходът интервалът на индикатора е . В табл. 18 показва интервалите на прехода и цветовете на най-често срещаните киселинно-алкални индикатори.

За по-точно определяне на стойността на рН на разтворите се използва сложна смес от няколко индикатора, нанесени върху филтърна хартия (т.нар. „универсален индикатор на Kolthoff“). Ивица индикаторна хартия се потапя в тестовия разтвор, поставя се върху бял водоустойчив субстрат и цветът на лентата бързо се сравнява с референтната скала за pH.

Таблица 18

Интервали на преход и оцветяване в различни медии

най-често срещаните киселинно-алкални индикатори

Съществуват различни методи за определяне на концентрацията (по-точно активността) на водородните йони (и съответно концентрацията на хидроксидните йони). Един от най-простите (колориметричен) се основава на използването киселинно-алкални индикатори. За такива индикатори могат да служат много органични киселини и основи, които променят цвета си в определен тесен диапазон на стойностите на pH.

Индикаторите са слаби киселини или основи, които имат различни цветове в техните недисоциирани и дисоциирани (йонни) форми.

Пример.

1. Фенолфталеинът е киселина, която в молекулярна форма (HJnd) е безцветна при pH=8,1. Фенолфталеиновите аниони (Jnd -) при pH9,6 имат червено-виолетов цвят:

H Jnd  H + + Jnd -

Безцветен  червено-виолетов

pH8.1 pH9.6

С намаляване на концентрацията на Н + йони и увеличаване на концентрацията на ОН йони, молекулярната форма на фенолфталеин става анионна поради отделянето на водородния йон от молекулите и свързването му с хидроксидния йон във водата. Следователно при pH9,6 разтворът в присъствието на фенолфталеин придобива червено-виолетов цвят. Напротив, в киселинни разтвори при pH  8,1 равновесието се измества към молекулярната форма на индикатора, който няма цвят.

2. Метил оранжево е слаба основа JndOH , който в молекулярна форма при pH 4,4 има жълт цвят. Jnd + катиони при pH3,0 оцветяват разтвора в червено:

JndOH  Jnd + + OH -

жълто  червено

pH4,4 pH3,0

киселинна форма индикатор се нарича формата, която преобладава в киселинните разтвори, и основен форма - този, който съществува в основни (алкални) разтвори. В определен диапазон от стойности на рН в разтвора определено количество от двете форми на индикатора може да бъде едновременно в равновесие, в резултат на което възниква преходен цвят на индикатора - това е диапазонът на рН на цвета на индикатора преход, или просто интервал на преход на индикатора.

Таблица 1 показва интервалите на преход на някои често използвани индикатори.

маса 1

Киселинно-алкални индикатори

За бързо определяне на рН също е удобно да се използва разтвор на универсален индикатор, който е смес от различни индикатори и има голям диапазон на преход (стойности на рН от 1 до 10). На базата на универсален индикатор индустрията произвежда специални хартиени ленти за определяне на рН на разтвори чрез сравнение със специална скала за промяна на цвета им под действието на тестовия разтвор.

При колориметричния метод за точно определяне на pH се използват стандартни буферни разтвори, чиято стойност на pH е точно известна и постоянна.

Буферните разтвори са смеси от слаби киселини или основи с техните соли. Такива смеси поддържат определена стойност на pH както при разреждане, така и при добавяне на малки количества силни киселини или основи.