Природные индикаторы

Выходят в свет новые его книги: «Гидростатические парадоксы», «Возникновение форм и качеств согласно корпускулярной теории», «О минеральных водах». В последней он давал прекрасное описание методов анализа минеральных вод.

В течение нескольких лет Роберт Бойль изучал вещество, названное светящимся камнем, или фосфором. В 1680 году он получил белый фосфор, который впоследствии еще долго называли фосфором Бойля.

Шло время. Здоровье Бойля сильно ухудшилось Он не мог уже следить за работой в лабораториях, не мог принимать деятельного участия в исследованиях. Однако ему необходимо было изложить те знания, которые он приобрел в процессе своих исследований на протяжении почти тридцати пяти лет. С этой целью Бойль отправляется в родовое поместье. Иногда он наезжал в Кембридж — побеседовать с Ньютоном, в Оксфорд — повидаться со старыми друзьями или в Лондон — встретиться с софистами. Но лучше всего он чувствовал себя дома, в своем кабинете среди книг. Теперь его занимали в основном философские проблемы.

Бойль был известен и как крупнейший богослов своего времени Казалось, это были несовместимые дисциплины, но сам ученый так написал об этом: «Демон наполнил мою душу ужасом и внушил мне сомнение в основных истинах религии».

Чтобы читать библейские тексты в подлинниках, Роберт Бойль даже изучил греческий и древнееврейский языки. Еще при жизни он учредил ежегодные научные чтения по богословию и истории религии.

Третья сторона деятельности Бойля была связана с литературой. Он обладал хорошим слогом и написал несколько стихотворений и трактат на темы морали.

Роберт Бойль умер 30 декабря 1691 года и погребен в Вестминстерском аббатстве — месте захоронения выдающихся людей Англии.

Умирая, Роберт Бойль завещал, чтобы весь его капитал был использован на развитие науки в Англии и на продолжение деятельности Королевского общества. Кроме того, он предусмотрел особые средства для проведения ежегодных научных чтений по физике и богословию.

 

Вклад Роберта Бойля в развитие химической науки

 

Исследования великого ученого положили начало рождению новой химической науки. Бойль считал, что химия призвана стать одной из основополагающих наук в философии. Если для его современников химия была лишь искусством, помогающим аптекарям готовить лекарства, а алхимикам — искать философский камень, то для Бойля она была самостоятельной наукой со своими собственными задачами и методами. Он прекрасно понимал громадное значение химических знаний для изучения явлений природы и развития ремесел.

Роберт Бойль был великолепным экспериментатором и неутомимым наблюдателем, что позволило ему сделать открытия в различных областях химии. Круг его интересов был очень широк. Исследуя экстракты различных растений, он заметил, что настои фиалок, лакмусового лишайника и др. изменяют свой цвет под действием кислот и щелочей. Уже тогда Бойль назвал эти вещества индикаторами. До сегодняшнего дня для определения кислотности растворов современные химики используют изобретенную Бойлем индикаторную бумагу.

При исследовании настоя дубильного орешка в воде Роберт Бойль обнаружил, что с солями железа он образует раствор черного цвета, который может быть использован в качестве чернил. По разработанным им рецептам почти на протяжении века производились высококачественные черные чернила.

Его многолетние исследования показали, что при воздействии на вещества различными реактивами одни из них давали окрашенные растворы, другие выделяли газы с характерными запахами, третьи образовывали окрашенные осадки. Процессы разложения веществ и идентификацию полученных продуктов с помощью характерных реакций Бойль назвал анализом.

Систематизируя многочисленные цветные реакции и реакции осаждения, Роберт Бойль положил начало развитию аналитической химии. Многие из описанных им реакций до сих пор используются в качественном анализе для определения того или иного вещества.

На протяжении практически всей своей научной деятельности внимание Бойля привлекал процесс горения. Ученый обнаружил, что при обжиге металлов зола всегда была тяжелее взятого металла. Бойль сделал ряд открытий, но так и не смог дать правильного объяснения горению, так как, подобно многим ученым того времени, считал, что в огне содержится особый элемент «теплород». Он доказал, что при дыхании и при горении расходуется только часть воздуха.

Р. Бойль занимался изучением фосфора. Он впервые синтезировал фосфорную кислоту, газ фосфин и описал их свойства. Разрабатывая лучшие методы получения фосфора, он в 1680 получил белый фосфор, который долгое время называли фосфором Бойля.

Бойль внес огромный вклад в развитие теоретических основ химической науки. Он предпринял попытку систематизировать химические вещества, разделить их на группы в соответствии с их свойствами.

В книге «Химик-скептик» (1661) Роберт Бойль развил свои идеи о химических элементах, изложил основы корпускулярной теории строения вещества применительно к химии. Бойль критиковал учение Аристотеля и алхимиков и пытался объяснить превращения химических веществ на основе атомистических представлений. Элементами Бойль считал простые тела, которые не могут быть получены из других тел.

Многие из его учеников и помощников стали впоследствии известными учеными: Вильгельм (Гийом) Гомберг, Ричард Таунли, Иоганн Бехер и др.

Бойль ввел в лабораторную практику весы, хотя и небольшой точности (от 1 до 0,5 грана, т. е. 60-30 мг) и разработал способ взвешивания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Индикаторы (общие сведения)

 

История нахождение индикаторов

 

Давно замечено, что соки некоторых растений изменяют свою окраску при действии, каких-то определённых веществ. В одной из книг о растениях, относящейся к 1633 г., 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 зелёный».

С развитием химии число кислотно-основных индикаторов росло    (о видах индикаторов я расскажу ниже) и индикаторы растительного происхождения постепенно уступили место индикаторам химического синтеза.

В 1871 году немецким учёным Адольфом Байером (1835-1917 гг.) был введён в практику кислотно-основной индикатор фенолфталеин, а в 1877 году П. Гриссом был открыт метилоранж.

Появление синтетических индикаторов дало толчок и к использованию лучших растительных экстрактов, которые были известны в прошлые времена (например, экстракт краснокочанной капусты ещё Фарадей считал пригодным для использования в качестве индикатора).

Лакмус – это краситель, полученный из некоторых видов лишайников семейства рочелловых.

 

 

Классификация индикаторов

 

                                                       Индикаторы

 

 

 

Растительные  Синтетические,

(природные)  полученные в результате

   химического синтеза.

 Индикатор – химическое вещество, окраска которого меняется в  зависимости от рН среды.

 Индикатор – латинское слово  – означает «указатель», иными  словами, вещество указывает, есть  ли в растворе основание или  кислота.

 

Виды индикаторов

 

• Сильный (индикатор, меняющий цвет в кислой среде);
• Слабый (индикатор, меняющий цвет в щелочной среде);
• Промежуточной силы  (индикатор, меняющий цвет в нейтральной среде);
• Одноцветные (меняющие цвет в двух средах);
• Двухцветные (меняющие цвет в одной среде);
• Универсальные (ряд специально подобранных индикаторов таким образом, чтобы изменение цвета позволило определить рН раствора в широких пределах).

 

 

 

Химические индикаторы – лакмус, метилоранж, фенолфталеин

 

Первый индикатор, с которым мы познакомились в 8-ом классе, лакмус. Это краситель, полученный из некоторых видов лишайников семейства рочелловых. Химический состав его сложен. Интервал перехода лакмуса находится от рН 4,5 до рН 8,3. Окраска изменяется с красной на синюю.

 Водородный показатель, обозначенный  символом рН, показывает концентрацию водородных ионов в растворе.

 Во всех учебниках написано, что самый простой способ отличить  кислоту от щелочи – это  воспользоваться индикатором, например  фенолфталеином: в кислой среде  он бесцветен, в щелочной –  окрашен в малиновый цвет. Для химиков это считается азбучной истиной, и если бы вдруг на экзамене учащийся ответил, что раствор фенолфталеина может окрашиваться от кислоты и обесцвечиваться от щёлочи, это, скорее всего экзамен для него на этом бы закончился. Однако, легко поставить опыт, доказывающий правильность этого ответа.

Взять немного концентрированного раствора щёлочи и добавить 1-2 капли раствора фенолфталеина. Раствор будет бесцветным. Теперь из пипетки добавить по каплям кислоту, непрерывно перемешивая раствор. Произойдет настоящее чудо: сначала от добавления кислоты появится малиновая окраска, затем она исчезает, а потом, когда кислоты будет уже много, появится снова. Кислота и щелочь самые, что ни на есть обычные: гидроксид натрия и серная кислота. А весь фокус в том,  что оба реактива были концентрированные.

В сильнощелочной среде фенолфталеин существует в виде трехзарядного аниона, в котором имеется три «нормальных» бензольных кольца (см. формула 1), такая форма бесцветна. Добавление небольшого количества кислоты связывает часть щелочи, и появляется знакомая всем малиновая окраска: индикатор перешел в другую форму, в которой одно из колец имеет хиноидную структуру (см. формула 2). Небольшой избыток кислоты вновь приведет к обесцвечиванию фенолфталеина (см. формула 3). Наконец, в среде концентрированной серной кислоты снова появляется интенсивная, как в щелочной среде. Виновник окраски катион фенолфталеина (см. формула 4).                     

     Фенолфталеин обладает  еще одним интересным свойством, о котором мало кто знает. Он может служить эмульгатором, в присутствии которого  можно получить необычную эмульсию этилового спирта в воде: молекулы фенолфталеина покрывают поверхность мельчайших капелек спирта и не дают им сливаться друг с другом и растворяться в воде. Вместо прозрачного раствора получается мутная жидкость.

       И вы, наверное, знаете, что широко используемое  в медицине слабительное средство  пурген и кислотно-основной индикатор  фенолфталеин – одно и то  же химическое соединение.

 

Нахождение природного индикатора

 

 По мере развития производственной  и научной деятельности человека  было создано огромное множество  разнообразных индикаторов. Общая  задача их контролировать процесс  или изменение состояния наблюдаемого  объекта.

Задолго до этого было замечено, что соки некоторых растений изменяют окраску при действии каких-то определенных веществ.

 Так в 1659 году в одной  из  книг о растениях пишут, что: «Голубого цвета настойка фиалок при добавлении серной кислоты  становится пурпурного цвета, если добавить несколько капель нашатырного спирта (NH4OH), пурпурный цвет меняется на зеленый».

  Таким образом, о существовании  растительных индикаторов известно  давно, но в науке принято считать, что первым описал индикаторные  свойства  экстрактов некоторых  растений английский ученый Роберт Бойль (1627-1691) в своей книге «Опыты и рассуждение о цветках» (1664 г.).

Он пишет: «Взять хороший сок фиалок, добавить каплю на белую бумагу и на эту жидкость нанести  2 - 3 капли раствора соляной кислоты или другой очень кислой жидкости. Сок фиалок станет красным. Если вместо кислоты капнуть раствором золы и растереть пальцем, то синий цвет моментально меняется  на зеленый.

  Меня заинтересовали растительные  индикаторы. Поэтому, я решил познакомиться  с ними поближе. С этой целью составил список литературы по теме «Растения – индикаторы», имеющиеся в библиотеке.

 Нашёл материал о растениях – рудознатцах, растениях – индикаторах почвы; изучил ботанические характеристики растений – индикаторов.

 

Растения-рудознавцы

 

Растения – индикаторы сыграли большую роль в открытии неизвестных месторождений. Так, в одном из районов Сибири геологи искали рудные жилы, разведка шла медленно. Однажды геологи поднялись на высокую вершину, чтобы осмотреть весь район работ. И вдруг они заметили, что все удачные «канавы», в которых была встречена руда, находятся среди зарослей высокой травы с фиолетовыми цветами. На склоне соседнего холма виднелась целая поляна ярко – фиолетового цвета. Ещё не веря в такую удачу, геологи нанесли на карту заросли растений, спустились в лагерь. Вскоре они вскрыли богатую рудную залежь.

 В природе действительно  существуют растения, по которым  можно определить, что находится в почве. Оказывается, кусты ивы и лоха свидетельствуют о том, что вода находится на глубине не более полутора метров, а ковыль и полынь растут над водоносными горизонтами, находящимися на глубине 5-10 метров и более.

 Много книг посвящено цветам-геологам. В «Уральских сказках»           П. П. Башова написано о волшебных цветах и «разрыв-трава», открывающих людям кладовые меди, железа, золота.

 В романе А. Бармина «Руда»  есть также разговор о цветах-геологах.

 И действительно, трёхцветные  полевые фиалки, или анютины глазки, и полевой хвощ говорят человеку  о том, что в почве пусть  и в минимальном количестве, но содержится цинк, золото. Розовый вьюнок и золотистая      мать-и-мачеха целыми полянами разрастаются на глинистых и известковых почвах. На Алтае искали залежи меди «медной травкой» (качимом). Было замечено, что заросли качима часто встречаются в местах, где обнаружены выходы меди.

 Иногда в растениях накапливается  так много ценных элементов, что  они сами становятся как бы  рудой. Очень редкий металл бериллий  накапливает ягоды брусники, кора  лиственницы, горицвет амурский, а  в золе обычной кукурузы или хвоща содержится много золота.

 Значит, изучая химический состав  растений, можно открыть новые  месторождения. И сейчас геоботанический  метод всё ещё применяется  на практике.