Bojanje univerzalnog indikatora u različitim okruženjima. Indeks vodika za različite sredine otopine. Bojanje indikatora u različitim okruženjima otopine

BILJNI INDIKATORI U ŠKOLSKOM LABORATORIJU

Pavlova Sargylana

Makarova Viktorija

razred 9 “B”, MBOU “Vilyui Srednja škola br. 1 nazvana po G.I. Chiryaev" Vilyuisk Republika Saha (Jakutija)

Petrova Ana Prokopjevna

znanstveni nadzornik, učitelj najviše kategorije, nastavnik kemije Vilyui srednje škole br. 1 nazvan po G.I. Chiryaeva", Vilyuysk

Pokazatelji su kemijske tvari, čija se boja mijenja ovisno o pH okoliša. Indikator na latinskom znači "pokazivač".

U nastavi kemije koristimo indikatore kao što su lakmus, fenolftalein, metiloranž, koji mijenjaju boju ovisno o okolini otopine. Sokovi i dekocije jarko obojenih bobica, voća i cvijeća također imaju svojstva acidobaznih indikatora, odnosno mijenjaju boju kada se promijeni kiselost okoline.

Relevantnost: korištenje acidobaznih indikatora iz plodova biljaka koje rastu u Jakutiji za određivanje reakcije okoliša.

Cilj rada : dobivanje biljnih indikatora iz prirodnih sirovina.

Zadaci:

· proučiti literaturu, upoznati se s načinima pripreme domaćih indikatora iz plodova biljaka koje rastu na našim prostorima;

· eksperimentalno dobiti skup pokazatelja.

· proučavati ponašanje biljnih indikatora u različitim sredinama.

· provesti studiju za određivanje okoliša otopina deterdženata za njegu kose.

Predmet proučavanja: prirodne biljke sa svojstvima acidobaznog indikatora.

Hipoteza: otopine biljnih indikatora mogu se samostalno pripremati i koristiti u školskom laboratoriju.

Metode i tehnike rada:

· upoznati eksperimentalnu metodologiju;

· pripremati otopine indikatora od prirodnih sirovina;

· proučavati promjene boje prirodnih indikatora ovisno o okolišu;

· pridržavati se sigurnosnih pravila tijekom kemijskih pokusa.

2. eksperimentalni dio

2.1. Određivanje okoline otopine s umjetnim indikatorima

Cilj: n Promatrajte promjenu boje otopina kiselina, lužina i otopina soli s umjetno sintetiziranim indikatorima.

Reagensi: riješenje klorovodične kiseline HCl, otopina kalijevog hidroksida KOH, otopina kalijevog karbonata K 2 CO 3, otopina natrijevog klorida NaCl, otopina aluminijevog klorida AlCl3.

U školskom kemijskom laboratoriju dostupni su sljedeći umjetni indikatori: fenolftalein, metiloranž i lakmus. Ispitali smo njihovu promjenu boje u neutralnom, kiselom i alkalnom okruženju.

Stol 1.

Promjena boje indikatora u otopinama

Iz tablice 1. vidljivo je da svi indikatori mijenjaju boju: u kiseloj sredini u crvenu (osim fenolftaleina); u neutralnom imaju svoju prirodnu boju, ali u alkalnom boja jako varira. Fenolftalein mijenja boju otopine u grimiznu, lakmus u plavu, a metiloranž u žutu.

2.2. Metode pripreme biljnih indikatora

Napredak:

Za pripremu biljnih indikatora, uzmite 25 g sirovina, sameljite ih, dodajte 100 ml vode i kuhajte 1-2 minute. Dobivene dekocije su ohlađene i filtrirane. Kako bi se spriječilo kvarenje, u dobiveni filtrat dodan je alkohol u omjeru 2:1. Indikatore smo pripremili od brusnica, brusnica, malina, borovnica, borovnica, jagoda i cikle.

2.3. Određivanje okoliša otopine pomoću biljnih indikatora.

Rezultati istraživanja:

Za proučavanje promjena boje prirodnih indikatora u različitim sredinama pipetom je uzeto nekoliko kapi biljnog indikatora i naizmjenično dodavano otopinama klorovodične kiseline, kalijevog hidroksida, natrijevog klorida, kalijevog karbonata i aluminijevog klorida. Rezultati svih pokusa dati su u tablici.

Tablica 2.

Promjene boje prirodnih indikatora u različitim sredinama

Iz tablice 2. vidljivo je da svi predmeti koje smo odabrali mijenjaju svoju prirodnu boju ovisno o kiselosti okoline. To je vrlo dobro uočeno u brusnicama, malinama, borovnicama, brusnicama, jagodama, cikli, jarko crvenom izvarku bobica i voća koje u kiseloj sredini postaje ružičasto-crveno-ljubičasto, au alkalnom okruženju - žuto-svijetlozeleno.

Zaključak: bobice biljke imaju kiselu sredinu, pa se boja otopine u kiseloj sredini ne mijenja, boja ostaje crvena. U alkalnoj sredini otopine postaju žute do zelene. Od plodova biljaka dobri pokazatelji su plodovi repe, dobivaju se izražene boje otopina.

2.4. Priprema indikatorskih papira.

Koristeći filter papir i ekstrakte biljnih indikatora pripremili smo indikator papire. Način pripreme je vrlo jednostavan: otopina ekstrakta biljke indikator pipetom se nanese na filtar papir, osuši i postupak se ponovno ponovi.

Promjena boje impregniranih indikatorskih papirića u različitim sredinama odgovara promjeni boje ekstrakta slične biljke indikatora.

2.5. Određivanje okoline otopina detergenata.

Reagensi: biljni indikatori, otopine šampona: Absolut, Posebna serija (pivo), Head and shoulders, Tar, Clear vita abe.

Napredak: Svaki deterdžent koji proučavamo otopit ćemo u vodi i podijeliti na pet dijelova. Dodamo im kap prirodnih pokazatelja. U svakom od njih indikatori su promijenili boju. (Tablica 3).

Tablica 3.

Promjena boje prirodnih indikatora u otopinama deterdženta

Zaključci iz studije:

1. Svi indikatori: domaći i tvornički univerzalni papir, pokazali su odgovarajuću prirodu okoliša u svim testiranim medijima.

2. Ljudska koža ima blago kiselu sredinu. Kako bi zaštitili kožu i kosu od negativnih učinaka deterdženata, oni moraju imati vrijednost koja odgovara pH vrijednosti epiderme. Šamponi za kosu imaju blago kiselu sredinu, što udovoljava higijenskim zahtjevima za ove proizvode. Prema našim istraživanjima šampona različitih proizvođača, šamponi uglavnom odgovaraju standardnim pokazateljima, ali šampon Clear vita abe kiseliji je od ostalih šampona. Drugo mjesto po kiselosti zauzima šampon Absolut, a treće mjesto šampon Degtyarnaya.

Zaključak:

Metodom dobivanja biljnih indikatora u školskom laboratoriju došli smo do sljedećih zaključaka:

1. Lakmus, metiloranž i fenolftalein su acidobazni indikatori koji se najčešće koriste u školi. Promjenom njihove boje može se procijeniti ne samo reakcija medija, već i vrlo točno odrediti pH otopine.

2. Biljni indikatori imaju prilično visoku osjetljivost, pa se mogu koristiti kao acidobazni indikatori za određivanje okoline otopina u školskom laboratoriju tijekom izbornog predmeta, u kemijskim klubovima, a također i za određivanje kiselosti tla neke vrste. područje.

Prilog br.1

Slika 1. Za proučavanje promjene boje prirodnih indikatora pipetom smo uzeli nekoliko kapi domaćeg indikatora i dodavali ih naizmjenično u otopine natrijevog klorida, kalijevog hidroksida, kalijevog karbonata, klorovodične kiseline i aluminijevog klorida.

Slika 2. Set indikatora pripremljene biljke

Slika 3. Opći obrazac provedeni pokusi

Slika 4. Gotovi papirnati indikatori

Slika 5. Promjena boje papirnih indikatora u različitim okruženjima

Bibliografija:

1.Veliki enciklopedijski rječnik- 2. izdanje, revidirano. i dodatni - M.: “Veliki Ruska enciklopedija"; Sankt Peterburg: “Norint”, 2001.

2. Olgin O., Pokusi bez eksplozija./ O. Olgin. - M.: Kemija, 1986.

3. Semenov P.P. “Pokazatelji iz domaćeg biljnog materijala”, “Kemija u školi”, 1984., br.1, str.73.

4. Stepin S.S., Alikberova L.Yu. Zabavni zadaci i spektakularni eksperimenti u kemiji, M.: “Drofa”, 2002.

Indikatori su tvari koje mijenjaju boju pri promjeni reakcije okoline - najčešće složeni organski spojevi - slabe kiseline ili slabe baze. Shematski se sastav indikatora može izraziti formulama HInd ili IndOH, gdje je Ind složeni organski anion ili indikatorski kation.

U praksi se indikatori koriste već dugo, no prvi pokušaj objašnjenja njihovog djelovanja dao je 1894. Ostwald, koji je stvorio tzv. ionska teorija. Prema ovoj teoriji, nedisocirane molekule indikatora i njegovi ind ioni imaju različite boje u otopini, a boja otopine se mijenja ovisno o položaju ravnoteže disocijacije indikatora. Na primjer, fenolftalein (indikator kiseline) ima bezbojne molekule i grimizne anione; metiloranž (glavni indikator) – žute molekule i crveni kationi.

fenolftalein metiloranž

HIndH + + Ind – IndOH
Ind + + OH –

bezbojan Malinov žuta boja Crvena

Promjena u skladu s Le Chatelierovim načelom dovodi do pomaka ravnoteže udesno ili ulijevo.

Prema teoriji kromofora (Hanch), koja se pojavila kasnije, promjena boje indikatora povezana je s reverzibilnim preuređivanjem atoma u molekuli organskog spoja. Ovo reverzibilno preuređenje u organska kemija naziva tautomerizam. Ako se kao rezultat tautomerne promjene strukture u molekuli organskog spoja pojave posebne skupine koje se nazivaju kromofori, tada organska tvar dobiva boju. Kromofori su skupine atoma koje sadrže jednu ili više višestrukih veza koje uzrokuju selektivnu apsorpciju elektromagnetskih vibracija u UV području. Skupine atoma i veza, kao što su −N=N−, =C=S, −N=O, kinoidne strukture itd., mogu djelovati kao kromoforne skupine.

Kada tautomerna transformacija dovede do promjene u strukturi kromofora, mijenja se boja; ako nakon preslagivanja molekula više ne sadrži kromofor, boja će nestati.

Suvremene ideje temelje se na ionsko-kromofornoj teoriji, prema kojoj je promjena boje indikatora uzrokovana prijelazom iz ionskog oblika u molekularni, i obrnuto, praćena promjenom strukture indikatora. Dakle, isti indikator može postojati u dva oblika s različitim molekularnim strukturama, pri čemu ti oblici mogu prelaziti jedan u drugi, a u otopini se između njih uspostavlja ravnoteža.

Kao primjer možemo uzeti u obzir strukturne promjene u molekulama tipičnih kiselinsko-baznih indikatora - fenolftaleina i metiloranža pod utjecajem otopina lužina i kiselina (pri različitim pH vrijednostima).

Reakcija, uslijed koje se, zbog tautomernog preuređivanja strukture molekule fenolftaleina, u njoj pojavljuje kromoforna skupina, uzrokujući pojavu boje, odvija se prema sljedećoj jednadžbi:

bezbojan bezbojan bezbojan

grimizna

Indikatori, poput slabih elektrolita, imaju male konstante disocijacije. Na primjer, K d fenolftaleina je 2∙10 -10 iu neutralnim medijima nalazi se pretežno u obliku svojih molekula zbog vrlo niske koncentracije iona, zbog čega ostaje bezbojan. Kada se doda lužina, H + ioni fenolftaleina se vežu, “povlače” s OH – ionima lužine, tvoreći molekule vode, a položaj disocijacijske ravnoteže indikatora pomiče se udesno – prema povećanju koncentracije Ind – ioni. U alkalnoj sredini nastaje dinatrijeva sol kinoidne strukture koja uzrokuje boju indikatora. Pomak u ravnoteži između tautomernih oblika događa se postupno. Zbog toga se boja indikatora ne mijenja odmah, već prelazi kroz miješanu boju u boju aniona. Kada se istoj otopini doda kiselina istovremeno s neutralizacijom lužine - pri dovoljnoj koncentraciji H + iona - položaj disocijacijske ravnoteže indikatora pomiče se ulijevo, prema molarizaciji, i otopina ponovno gubi boju.

Boja metiloranža se mijenja na sličan način: neutralne molekule metiloranža daju otopini žutu boju koja, kao rezultat protoniranja, prelazi u crvenu, što odgovara kinoidnoj strukturi. Taj se prijelaz opaža u pH rasponu 4,4–3,1:

žuta Crvena

Dakle, boja indikatora ovisi o pH okolini. Intenzitet boje takvih indikatora je prilično visok i jasno vidljiv čak i uz uvođenje male količine indikatora koji ne može značajno utjecati na pH otopine.

Otopina koja sadrži indikator kontinuirano mijenja svoju boju kako se pH mijenja. Ljudsko oko, međutim, nije jako osjetljivo na takve promjene. Raspon u kojem se opaža promjena boje indikatora određen je fiziološkim granicama percepcije boje ljudskog oka. S normalnim vidom, oko može razlikovati prisutnost jedne boje u njezinoj mješavini s drugom bojom samo ako postoji barem određeni prag gustoće prve boje: promjena boje indikatora percipira se samo u području gdje postoji 5-10-struki višak jednog oblika u odnosu na drugi. Uzimajući HInd kao primjer i karakterizirajući stanje ravnoteže

Košuta
H + + Ind –

odgovarajuća konstanta

,

možemo napisati da indikator pokazuje svoju čisto kiselu boju, koju obično detektira promatrač, kada

,

i čisto alkalno bojenje na

Unutar intervala definiranog ovim vrijednostima pojavljuje se mješovita boja indikatora.

Dakle, oko promatrača razlikuje promjenu boje tek kada se reakcija medija promijeni u rasponu od oko 2 pH jedinice. Na primjer, za fenolftalein je ovo pH područje od 8,2 do 10,5: pri pH = 8,2 oko uočava početak pojave ružičaste boje, koja se sve više pojačava do pH = 10,5, a pri pH = 10,5 dolazi do pojačanja crvene boje. više nije primjetan. Ovaj raspon pH vrijednosti, u kojem oko razlikuje promjenu boje indikatora, naziva se interval prijelaza boje indikatora. Za metiloranž, KD = 1,65·10 -4 i pK = 3,8. To znači da su pri pH = 3,8 neutralni i disocirani oblici u ravnoteži u približno jednakim koncentracijama.

Navedeni pH raspon od približno 2 jedinice za različite indikatore ne pada u isto područje pH ljestvice, budući da njegov položaj ovisi o specifičnoj vrijednosti konstante disocijacije svakog indikatora: što je jača kiselina HInd, to je prijelaz kiseliji interval indikatora je u regiji . U tablici 18 prikazuje prijelazne intervale i boje najčešćih acidobaznih indikatora.

Za točnije određivanje pH vrijednosti otopina upotrijebite složenu mješavinu nekoliko indikatora nanesenih na filter papir (tzv. “Universal Colthoff indikator”). Traka indikatorskog papira umoči se u ispitnu otopinu, stavi na bijelu, vodonepropusnu podlogu, a boja trake se brzo uspoređuje s referentnom pH ljestvicom.

Tablica 18.

Prijelazni intervali i bojenje u različitim medijima

najčešći acidobazni indikatori

Postoje različite metode za određivanje koncentracije (točnije aktivnosti) vodikovih iona (a time i koncentracije hidroksidnih iona). Jedan od najjednostavnijih (kolorimetrijski) temelji se na upotrebi acidobazni indikatori. Kao takvi indikatori mogu poslužiti mnoge organske kiseline i baze koje mijenjaju svoju boju u određenom uskom rasponu pH vrijednosti.

Indikatori su slabe kiseline ili baze koje imaju različite boje u nedisociranom i disociranom (ionskom) obliku.

Primjer.

1. Fenolftalein je kiselina koja je bezbojna u molekularnom obliku (HJnd) pri pH=8,1. Fenolftaleinski anioni (Jnd -) pri pH9,6 imaju crveno-ljubičastu boju:

H Jnd  H + + Jnd -

Bezbojna  crveno-ljubičasta

pH8,1 pH9,6

Smanjenjem koncentracije H + iona i povećanjem koncentracije OH - iona, molekularni oblik fenolftaleina postaje anionski zbog apstrakcije vodikovog iona iz molekula i njegovog vezanja s hidroksidnim ionom u vodu. Stoga pri pH9,6 otopina u prisutnosti fenolftaleina poprima crveno-ljubičastu boju. Naprotiv, u kiselim otopinama pri pH8,1 ravnoteža se pomiče prema molekularnom obliku indikatora koji nema boju.

2.Metil oranž je slaba baza JndOH , koji je u molekularnom obliku pri pH 4.4 žut. Jnd + kationi pri pH3,0 obojaju otopinu crveno:

JndOH  Jnd + +OH -

žuta  crvena

pH4,4 pH=3,0

Kiseli oblik indikator je oblik koji prevladava u kiselim otopinama, i Osnovni, temeljni oblik – onaj koji postoji u bazičnim (alkalnim) otopinama. U određenom rasponu pH vrijednosti u otopini, određena količina oba oblika indikatora može biti istovremeno u ravnoteži, zbog čega dolazi do prijelazne boje indikatora - to je pH interval prijelaza boje. indikatora, ili jednostavno interval prijelaza indikatora.

Tablica 1 prikazuje prijelazne intervale nekih često korištenih pokazatelja.

stol 1

Acidobazni indikatori

Za brzo određivanje pH također je prikladno koristiti univerzalnu otopinu indikatora, koja je mješavina različitih indikatora i ima veliki prijelazni interval (pH vrijednosti od 1 do 10). Na temelju univerzalnog indikatora, industrija proizvodi posebne papirnate trake za određivanje pH otopina usporedbom s posebnom ljestvicom za promjenu njihove boje pod utjecajem ispitne otopine.

Kod kolorimetrijske metode za točno određivanje pH koriste se standardne puferske otopine čija je pH vrijednost točno poznata i konstantna.

Puferi su smjese slabih kiselina ili baza s njihovim solima. Takve smjese održavaju određenu pH vrijednost i kada se razrijede i kada se dodaju male količine jakih kiselina ili lužina.