Какие индикаторы используют химики
В одной из книг о растениях, относящейся к 1633 году, написано: «Если бросить цветы цикория в муравейник, они вскоре станут красными как кровь» '. В несколько позднее написанной работе «О ферментации», изданной в 1659 году, говорится, что «голубого цвета настойка фиалок при добавлении серной кислоты становится пурпурного цвета; если теперь добавить несколько капель нашатырного спирта, пурпурный цвет поменяется на зеленый...».(1)
Рассказывая об индикаторах нельзя не вспомнить о лакмусе. Лакмус – это краситель, полученный из некоторых видов лишайников семейства рочелловых. Он был известен уже в Древнем Египте и Древнем Риме, где его использовали в качестве краски – заменителя дорогостоящего пурпура. Затем рецепт приготовления лакмуса был утерян. Лишь в начале ХIV века во Флоренции вновь была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу. Похожее на орсейль красящее вещество было выделено в ХVII веке из гелиотропа – душистого садового растения с темно-лиловыми цветами. Роберт Бойль писал о гелиотропе: «Плоды этого растения дают сок, который при нанесении на бумагу или материю имеет сначала свежий ярко-зеленый цвет, но неожиданно изменяет его на пурпурный. Если материал замочить в воде и отжать, вода окрашивается в винный цвет; такие виды красителя есть у аптекарей, в бакалейных лавках и в других местах, которые служат для окраски желе, или других веществ, кто как хочет.». С того времени орсейль и гелиотроп стали использовать в химических лабораториях. И лишь в 1704 году немецкий ученый М.Валентин назвал эту краску лакмусом. Химический состав его сложен. Важнейшее индикаторное соединение, которое содержится в количестве 4-5 % - азолитмин. Интервал перехода лакмуса находится в пределах от рН 4,5 до рН 8,3. Окраска изменяется с красной на синюю.
В некоторых странах краску, схожую с лакмусом , добывали из других растений. Простейшим примером служит свекольный сок, который также изменяет цвет в зависимости от кислотности среды.
С развитием химии число кислотно – основных индикаторов неуклонно росло и индикаторы растительного происхождения постепенно уступили место индикаторам химического синтеза. В 1871 году немецким ученым Адольфом Байером (1835-1917) был введен в практику кислотно-основной индикатор фенолфталеин (рис.1). В кислой и нейтральной среде этот индикатор бесцветный, а в щелочной среде он имеет малиновую окраску.
В ХIХ веке научились создавать более прочные и дешевые синтетические красители. В настоящее время их известно несколько сотен. В 1877 году П. Гриссом был открыт метилоранж (рис.2) В кислой среде он красный, в нейтральной – оранжевый, а в щелочной – желтый. Более яркая окраска свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной – желтый, а в щелочной – синий. В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его раствор используют как дезинфицирующее средство). Для того чтобы проверить это, надо приготовить разбавленный раствор бриллиантового зеленого: налить в пробирку несколько миллилитров воды и добавить в нее одну, две капли аптечного препарата. Раствор приобретет красивый зелено-голубой цвет. В сильно-кислой среде его окраска изменится на желтый, а в сильнощелочной - раствор обесцветится.(5)
Появление синтетических индикаторов дало толчок и к использованию лучших растительных экстрактов, которые были известны в прошлые времена (например, экстракт краснокочанной капусты еще Фарадей считал пригодным для использования в качестве индикатора). Свойства наиболее известных растительных индикаторов приведены в приложении в таблице 1.
В лабораторной практике наиболее часто используется универсальный индикатор – смесь нескольких кислотно-основных индикаторов. Он позволяет легко определить не только характер среды (кислая, нейтральная или щелочная), но и значение кислотности раствора.
Приготовление индикаторов
Для приготовления индикаторов из растительного сырья рекомендуется, прежде всего использовать окрашенные растения или их части. Известно также, что не дают изменения окраски в зависимости от среды желтые пигменты.
В литературе мне встретилось несколько способов приготовления индикаторов.(2,3,4) Знаменитый индикатор из сока краснокочанной капусты можно получить следующим образом: 40-50 граммов мелко нарезанной капусты залить 25 мл этилового спирта или водки, осторожно прокипятить, отфильтровать – индикатор готов.(2) Для получения индикатора из корней конского щавеля можно использовать высушенные корни. Их тонко измельчают, отвешивают 25 – 30 грамм и заливают 25% водным раствором аммиака (120 -150 мл). через 6 часов в вытяжку опускают сухую фильтровальную бумагу на 10 -12 минут, пока красящее вещество не адсорбируется целлюлозой. Затем бумагу промывают и сушат. Сухую бумагу розового цвета разрезают на ленточки и хранят в пакетиках.(4)
В домашних условиях удобно использовать вытяжки, которые готовят следующим образом: 50г плодов натереть на тёрке, залить 200мл воды и кипятить в течение 2-3минут. Затем охлаждённый и отфильтрованный раствор разбавить спиртом в соотношении 2:1 с целью предохранения раствора от порчи. Аналогично готовят вытяжки из лепестков цветов. Чтобы приготовить индикаторные бумажки надо полоски фильтровальной бумаги 2-3 раза пропитать вытяжкой из растений.(3)
Выбор растительного материала для приготовления индикаторов неограничен. Можно использовать сушеные ягоды, получая из них настои:
Для этого измельченный материал нужно залить водой и дать постоять некоторое время при комнатной температуре. Окрашенный раствор отфильтровать и использовать как индикатор. Многие ягоды сохраняют свои свойства, если их поместить в сахарный сироп.
В своей работе мы использовали свежевыжатый сок растений и ягодный сахарный сироп. В качестве контрольного раствора применялся раствор индикатора в воде ( 3 капли сока на 10 мл воды).
Сравнение свойств индикаторов
Сначала мы исследовали индикаторную способность у соков картофеля, моркови, свеклы, клюквы, калины, яблока, репчатого лука, чеснока, а также как контрольные – растворы аптечной настойки бриллиантового зеленого и настойки йода, об индикаторных свойствах которых мы уже знали из литературы. Растительное сырье для приготовления индикаторов было собрано на садовом участке и в пригородном лесу. Для создания разной среды мы в своих первых экспериментах использовали 1% раствор чайной соды, как слабощёлочной, а в качестве кислоты - 1 % раствор лимонной кислоты. Полученные результаты занесены таблицу 2.
В результате эксперимента мы убедиллись, что не все вещества, из приготовленных нами в домашних условиях, можно использовать как индикаторы. Например, морковный сок нежелательно использовать как индикатор, потому что его изменения незначительны. Соки картофеля и чеснока дают заметные изменения только в кислой среде. В то же время некоторые вещества проявляют ярко выраженные индикаторные свойства. Например, бриллиантовый - зелёный вызывает демонстративные изменения окраски (в кислой среде - травяной зелёный, а в щелочной - бирюзово - синий), что полностью совпало с литературными данными. Из растительных индикаторов наиболее контрастные изменения получены у клюквы: в кислоте – красно-коричневая окраска, в щелочном растворе – сиреневая.
Для дальнейших исследований мы использовали индикаторы, приготовленные из сока репчатого лука, свеклы, фиалки, сиропа калины и черной смородины. Мы сравнили изменение окраски этих индикаторов с литературными данными и получил некоторое расхождение в определении цвета индикаторов из сока лука, черной смородины, калины. Вместо светло – фиолетовой окраски в кислой среде лук давал бесцветный раствор. Черная смородина вместо зеленого в щелочной среде показывала голубую окраску, а калина в той же среде вместо ярко-зеленого давала лимонный цвет. мы предположили, что это может быть связано с различными способами приготовления индикаторных растворов, с порогом чувствительности индикатора, с выбором вещества, используемого для создания определенной среды (таблица 3).
Затем мы исследовали чувствительность индикаторов к изменению среды в растворах с разной концентрацией. Мы взяли соки растений, которые дали наиболее заметные изменения в предыдущих опытах, а также те индикаторы, свойства которых отличались от литературных данных, чтобы испытать их в новых условиях. Так как нам было интересно использование индикаторов в бытовых условия, мы исследовали растворы веществ, встречающихся в доме. Для создания кислой среды мы использовали раствор уксусной кислоты с концентрацией 0,1%, 1%, 2%, 5%, 9%. В качестве щелочных растворов – растворы пищевой соды и строительной извести, концентрация растворов 0,1%, 3%, 1%, 5%, 10%.
Параллельно для сравнения с растительными индикаторами мы использовали индикаторы из школьной лаборатории: фенолфталеин, метилоранж, хромовый темно-синий, метиленовый синий, лакмус красный, метилоранжевая бумага и универсальная индикаторная бумага. Результаты наблюдений представлены в таблицах 4, 5, 6.
Опираясь на показания универсального индикатора мы сделали вывод, что индикаторные свойства зависят не только от самого индикатора, но и от вещества, которое используют в качестве средообразующего. Окраска индикатора проявляется ярче с увеличением концентрации испытуемых растворов. В результате эксперимента мы установили, что метиленовый синий на годится в качестве индикатора для испытуемых растворов, так как не наблюдалось изменение окраски ни в одном из случаев. Соки репчатого лука, свеклы, фиалки, калины, черной смородины, клюквы, которые мы использовали в качестве индикаторов, дают заметное яркое изменение окраски в щелочной среде. В кислой среде наиболее заметные изменения дают клюква и свекла. Как универсальный индикатор можно рекомендовать применение сока черной смородины, клюквы и свеклы, так как эти растворы показывают изменение окраски даже при переходе от слабокислого к слабощелочному раствору.
Исследуя свойства набора индикаторов из школьной лаборатории, мы выяснили, что наиболее ярко проявили индикаторные свойства в выбранных средах универсальная индикаторная бумага, хромовый темно - синий и лакмус красный, которые давали изменения окраски как в слабокислом, так и в слабощелочных растворах различной концентрации.
Комментарии