Секреты пе-га (pH). 4. Указатели из леса и сада

Одним из наиболее распространенных в лабораториях индикаторов pH является лакмус. В отличие от синтетических индикаторов, это не одно соединение, а смесь красителей. Более того, лакмус является натуральным продуктом, получаемым из некоторых лишайников. Он использовался с 5 века в качестве синего красителя для тканей. В примерном диапазоне pH = 8 ÷ XNUMX меняет цвет с красного на синий.

Применяется для изготовления лакмусовых бумажек: натуральной (светло-фиолетового цвета, насыщенная только раствором лакмуса), красной для обнаружения оснований (лакмус, предварительно обработанный кислотой) и синей — для определения наличия кислот ( лакмус, смешанный со щелочью). Лакмусовая бумажка необратимо обесцвечивается под действием хлора, а также используется для обнаружения его присутствия (аналогично ведут себя и другие природные красители).

В зависимости от источника происхождения препараты лакмуса имеют несколько разную окраску при взятии в одной и той же среде. pH. Такая изменчивость природных продуктов, подчас трудно предсказуемая, явилась одним из импульсов развития химии. Первоначально алхимики, а затем и химики, выделяя из растений, животных и минералов действующие вещества, стали производить лекарства, красители и другие полезные вещества, свойства которых стали общеизвестны и воспроизводимы.

1. Цвета конго красного в кислой (слева) и щелочной (справа) среде.

Химическое смешение цветов

Некоторые цвета получаются путем смешивания других цветов. Однако можно ли, соединив красный и красный, получить синий цвет (а красный — путем смешивания синего и синего)? Все обязательно скажут нет. Но не химик, для которого это было бы легкой задачей. Все, что вам нужно, это растворы кислот и оснований, индикатор Конго красный и красная и синяя лакмусовые бумажки.

В одном стакане сделайте кислый раствор, в другом – щелочной. Конго красный (1) превращает содержимое в синий () и красный (базовый) цвета. Цвета полностью «инвертированы» по отношению к индикаторным бумагам, которые имеют красный цвет для кислот и синий цвет для оснований. Теперь, когда мы опускаем синюю лакмусовую бумажку в синий раствор, она становится красной, а красная бумажка в красном растворе становится синей (2). Как видите, для химика нет ничего невозможного!

2. Синяя лакмусовая бумажка окрашивается в красный цвет в синем растворе (слева), а красная бумага в красном растворе — в синий цвет (справа)

Несмотря на обилие различного рода лабораторных индикаторов, иногда достаточно использовать вещества, присутствующие в окружающей нас среде: лесной, садовой или кухонной. Многие натуральные продукты меняют цвет под воздействием кислот или щелочей. Поэтому вначале наша «химическая кухня» обслуживает…

3. Цвет свекольного сока (рН увеличивается слева направо)

…Красная свекла

Для теста вам понадобится свекольный сок. Мы можем выжать его из очищенных овощей или использовать консервы. Сок разбавляют водой в пропорции 1:1. Раствор в кислой среде имеет интенсивно красный цвет, а в нейтральном и щелочном растворе окраска тускнеет до желтой (в сильнощелочном растворе сок становится коричневым) (3). Кулинарный совет — в красный борщ можно добавить немного уксуса или лимонного сока, чтобы суп выглядел аппетитно. Кроме того, сбрызгивание свекольного салата лимонным соком придаст ему кроваво-красный цвет. Приятного аппетита!

Вещество, ответственное за результат эксперимента, — бетанин. Он используется в качестве пищевого красителя, маркируется символом Е 162. Бетанин используется для окрашивания желе, джемов, йогуртов, напитков и косметики. Краситель чувствителен к свету и повышенной температуре, а значит, изделия, содержащие его, нельзя подвергать более длительной термической обработке.

4. Цвет черничного сока (рН увеличивается слева направо)

Что-то из леса и луга

Например — черника. Вам понадобится сок из свежих фруктов или варенье. Для теста также разбавляем его водой в пропорции 1:1. В кислой среде раствор красно-фиолетовый, но при добавлении основания становится зеленым (4). Ягоды — не единственные растения, сок которых может служить индикатором. Мы также можем добиться четкого эффекта изменения цвета, используя ежевику, черную смородину, аронию, виноград (красного и фиолетового цвета), вишню, редис, ревень и многие другие. Их пигменты в кислой среде обычно красные, в щелочной — синие или фиолетовые. Вспомним, как окрашивается вода при мытье редиски в раковине. Если корни оставить влажными, из-под них вытечет фиолетовая жидкость. Это краситель в красной кожуре, который изменил цвет в щелочной среде. Растворимый бикарбонат кальция Ca (HCO₃)₂ гидролизуется, что делает рН водопроводной воды больше 7.

Подобные красители есть и у многих цветов. Чтобы вывести их, облейте их лепестки спиртом. Для наших целей достаточно денатурата: бесцветного или обесцвеченного (смешивают с порошком активированного угля и затем фильтруют).

Откладываем на 1-2 дня. Эта процедура, называемая мацерацией, веками использовалась в фармации. Готовый экстракт смешать с водой и обработать кислотой и основанием. Опыты хорошо сочетаются с лепестками роз, геранями, пионами, полевыми маками, гортензиями, тюльпанами и другими цветами.

Соединения, называемые антоцианами, ответственны за изменение цвета. Эти вещества очень широко распространены в растительном мире и придают цветам и плодам цвет от красного до фиолетового. Цвет антоцианов зависит от многих факторов, не только от рН почвына котором растет данное растение. Важно также присутствие в окружающей среде ионов металлов, образующих комплексные связи с красителями. Например, у васильков, растущих на кислой почве, лепестки все равно голубые — антоцианы образуют комплекс с ионами алюминия и железа. Розы, содержащие один и тот же пигмент, но не в комплексе, имеют красный цвет. Антоцианы – пищевые красители, маркированные символом Е 163. Чаще всего их получают в виде экстракта кожуры винограда и черной смородины. Они используются для окрашивания пищевых продуктов и фармацевтических препаратов.

5. Цвет чайного настоя (рН увеличивается слева направо)

Чай с лимоном…

…имеет, как известно, янтарный цвет. Но стоит только добавить в него немного раствора щелочи (для питья он, конечно, тогда не пригоден!) и цвет тут же потемнеет (5). По мере добавления основы цвет становится коричневым, как у крепкого напитка. Этим эффектом иногда пользуются «экономные» рестораторы, которые подают своим гостям «изысканный» чай с небольшим количеством пищевой соды. В данном случае за изменение цвета отвечают производные танина, придающие чаю характерный терпкий вкус.

Оставаясь на кухне, займемся приправой карри. Желтый цвет его водной суспензии станет красным в щелочной среде, что вызвано красителем, называемым куркумой. Аналогичным образом будут вести себя смеси специй, содержащие этот ингредиент.

6. Цвет сока краснокочанной капусты (рН увеличивается слева направо)

«Королева» натуральных показателей

Итак — краснокочанная капуста. Для получения индикаторного раствора нарежьте 2-3 листа на мелкие кусочки, положите их в небольшую кастрюлю, залейте половиной стакана воды, накройте крышкой и поставьте посуду на плиту. После закипания дайте жидкости покипеть на слабом огне около 10 минут. Перелейте готовый бульон в банку и подождите, пока он остынет. Храните раствор в холодильнике. Метод может показаться читателям мало «лабораторным», поэтому ничто не мешает использовать вместо кастрюли мензурку, накрытую часовым стеклом. Менее усердные экспериментаторы могут срезать углы и использовать готовый сок из покупной банки салата из краснокочанной капусты.

Естественные индикаторы pH

Под влиянием изменения реакции окружающей среды разные цвета приобретают не только соединения, используемые в лабораториях в качестве индикаторов. Не менее многочисленную группу составляют вещества, содержащиеся в натуральных продуктах. В нескольких испытаниях мы проверим поведение индикаторов pH в нашей среде. Для проведения экспериментов потребуется несколько растворов с разным рН. Их можно получить, разбавив соляную кислоту HCl (pH 3-4% раствора равен 0) и раствор едкого натра NaOH (4% раствор имеет pH 14). Дистиллированная вода, которую мы также будем использовать, имеет рН 7 (нейтральная среда). В исследовании будем использовать сок свеклы, сок краснокочанной капусты, сок черники и настой чая.

В пробирки с приготовленными растворами и дистиллированной водой налейте немного свекольного сока (фото 7). В кислых растворах приобретает интенсивно красный цвет, в нейтральных и щелочных растворах окраска становится коричневой, переходящей в желтый оттенок (фото 8). Последний цвет является результатом разложения красителя в сильнощелочной среде. Вещество, ответственное за изменение цвета свекольного сока, — бетанин.

Подкисление борща или салата из свеклы – кулинарная «фишка», придающая блюду аппетитный цвет. Таким же образом тестируем сок краснокочанной капусты (фото 9). В кислом растворе сок становится ярко-красным, в нейтральном — светло-фиолетовым, а в щелочном — зеленым. Также в этом случае сильное основание разлагает краситель – жидкость в пробирке становится желтой (фото 6). Вещества, меняющие цвет, — антоцианы. Сбрызгивание салата из краснокочанной капусты лимонным соком придает ему привлекательный вид.

Для другого эксперимента потребуется черничный сок (фото 10). Красно-фиолетовая окраска в кислой среде меняется на красную, в щелочной — на зеленую, в сильнощелочной — на желтую (разложение красителя) (фото 4). Здесь тоже антоцианы отвечают за изменение цвета сока.

Естественные индикаторы pH

Настой чая также можно использовать в качестве индикатора рН раствора (Фото 11). В присутствии кислот окраска становится соломенно-желтой, в нейтральной среде светло-коричневой, а в щелочной среде — темно-коричневой (фото 5). Производные танина отвечают за изменение цвета настоя, придавая чаю характерный терпкий вкус. Добавление лимонного сока делает цвет настоя более светлым. Также стоит самостоятельно провести пробы с другими природными индикаторами – многие соки и отвары растений меняют цвет из-за подкисления или ощелачивания среды.

Мы берем опыт растворы с разным pH, сделанный в прошлом месяце, чтобы исследовать изменения цвета метилового оранжевого. Добавив в пробирки капустный сок, мы можем полюбоваться цветовой палитрой нашего индикатора. Цвета варьируются от светло-красного в сильнокислой среде до темно-красного и синего (слабокислая, нейтральная и слабощелочная) до зеленого в щелочной среде. В концентрированных основах окраска становится желтой, но краситель в этих условиях разрушается (6). Цветовая изменчивость экстракта краснокочанной капусты поистине впечатляет — настоящий универсальный показатель! Антоцианы отвечают за эффектный эффект.

Индикаторная бумага для капусты

Теперь давайте воспользуемся экстрактом листьев краснокочанной капусты, чтобы сделать нашу собственную индикаторную бумагу. Они не уступают по качеству продукции компании. Готовим спиртовой настой из срезанных листьев, замачивая их в бесцветном или обесцвеченном денатурате (один лист на 50 см3 спирта). Закрытую колбу с препаратом оставить в теплом месте на 1-2 дня или нагреть до температуры около 50°С в течение 30-60 минут (на водяной бане, а не непосредственно на горелке). Опустите лист фильтровальной бумаги (или другой равно впитывающей бумаги) в готовый экстракт, высушите его в темном месте и нарежьте полосками. Теперь мы можем использовать наши «голубцы» для проверки рН раствора.

Опыт — лучшее доказательство исключительной деликатности подготовленных бумаг. Вам понадобится дистиллированная вода или вода, полученная путем растапливания инея из морозильной камеры. Прокипятим его, чтобы освободить от растворенного воздуха (углекислый газ СО₂ приводит к падению pH). Растворим немного H борной кислоты в воде.₃BO₃, а затем проверим реакцию полученного раствора: с коммерческой универсальной бумагой и нашей «капустой». Разница хорошо видна: если бланк не изменил цвет, то бланк, пропитанный настоем капусты, изменил свой цвет в растворе очень слабой борной кислоты.

Так почему же химические компании не производят индикаторную бумагу из – в конце концов, легко доступной – краснокочанной капусты? Причина в (как и в случае с другими натуральными продуктами) изменчивости состава, а за этим — свойств экстракта. В зависимости от условий окружающей среды, в которых растет капуста, мы получаем препарат, окрашивающий несколько разные оттенки при одном и том же рН. Кроме того, раствор нестабилен из-за загрязнения ферментами, выделенными из клеток. Поэтому химики будут придерживаться индикаторов, которые являются чистыми веществами.

Сегодняшний выпуск завершается серией, посвященной проблемам рН растворов и pH. Проведенные эксперименты, безусловно, помогли развеять многие сомнения, связанные с этими представлениями. Я также надеюсь, что проблем с pH больше не будет… к несчастью для читателей «Młedego Technika».