Практическая работа № 12 «Определение кислот и оснований в продуктах».

Исследуемые продукты: лимон, яблоко, уксус, мыло, стиральный порошок, питьевая сода, газированная вода, чай, поваренная соль.

Приготовьте, если нужно, растворы. Растворите в стаканчике в воде мыло, стиральный порошок и другие твердые вещества. Из лимона выжмите сок, яблоко можно размять в стакане с небольшим количеством воды. Каждую жидкость разделите на две пробирки, в одну добавьте раствор универсального индикатора, в другую – крезолового пурпурного. Запишите в таблицу продукты и цвет индикаторов. Сделайте вывод – что содержится в каждом продукте кислота или основание.

Продукт	Универсальный индикатор	Крезоловый пурпурный	Кислота или основание

 

Занятие № 19 - 20 Природные индикаторы.

Кейс

В 19 веке на смену лакмусу пришли более прочные и дешевые синтетические красители, поэтому использование лакмуса ограничивается лишь грубым определением кислотности среды. На смену лакмусу в химии пришел лакмоид - краситель резорциновый синий, который отличается от природного лакмуса и по строению, но сходен с ним по окраске: в кислой среде он красный, а в щелочной - синий.

В наши дни известны несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных начиная с середины 19 века. Индикатор метиловый оранжевый (метилоранж) в кислой среде красный, в нейтральной – оранжевый, а в щелочной – синий.

Индикатор фенолфталеин в кислой и нейтральной среде – бесцветен, а в щелочной имеет малиновую окраску. Поэтому фенолфталеин используют лишь для определения щелочной среды. В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – зеленка). В сильнокислой среде его окраска желтая, а в сильнощелочной среде раствор обесцвечивается.

Однако в последнее время в лабораторной практике используется универсальный индикатор- смесь нескольких индикаторов. Он позволяет легко определить не только характер среды, но и значение кислотности (рН) раствора.

Мы уже видели, как ярко окрашенные вещества – индикаторы – меняют цвет при взаимодействии с кислотой или основанием. И этим изменением цвета можно пользоваться для того, чтобы узнать – что у нас содержится в растворе или в разных продуктах. А чем химики пользовались до того, как сделали эти вещества-индикаторы? Помните, мы говорили про красное пятно на скатерти от клубничного сока. Если мы положим скатерть в раствор стирального порошка, то перед тем как отстираться, пятно изменит цвет – оно станет синим. Иначе говоря, красный природный краситель, содержащийся в соке клубники, под действием основания изменил цвет с красного на синий. Получается, что природные красители тоже могут быть индикаторами? Действительно, так и есть. Первые индикаторы, которые использовали химики, были выделены из растений.

Голубая роза всегда была символом чего-то нереального, недостижимого. Просто потому, что в природе голубых роз не существует, совсем. Только в 2009 году японские генетики вывели уникальный сорт роз, названный «SUNTORY bluerose APPLAUSE». И то, несмотря на название, цвет этих роз скорее фиолетовый, чем синий. Что, впрочем, не помешало компании Suntory продолжить свои исследования и вывести сорт роз, светящихся в темноте. Но тоже, увы, не синих. В то же время иногда можно увидеть настоящие живые розы ярко-синего цвета. Оказывается, чтобы сделать розы синими, не нужно проводить дорогих исследований – можно просто подержать красные розы в стакане с раствором аммиака. Аммиак – летучее основание и его пары попадают внутрь цветка и красный краситель-индикатор меняет цвет на синий. А если взять розы чайного цвета, то такие цветки станут зелеными. Такой фокус можно проделать не только с розами, но и с фиалками – в парах уксуса их цветки становятся красными, а аммиак сделает их желто-зелеными. Но как вы понимаете, использовать цветы в качестве индикаторов неудобно – они вянут, красители разрушаются и теряют свои свойства. Поэтому ученые стали искать – как выделить из растений красители, чтобы использовать в своей работе.

Оказалось, что похожими свойствами – изменять цвет в растворах кислот и оснований – обладают не только цветы, но и некоторые лишайники. Из роз добывать индикатор не очень хочется – в них его очень мало, да и цветы красивые, жалко их тратить на такие цели. А лишайников много и красителя-индикатора в них тоже много. До сих пор используемый химиками индикатор лакмус получают из некоторых видов лишайников. Но чтобы получить лакмус из лишайника нужно много времени – несколько недель. Поэтому мы попробуем получить индикаторы из других природных объектов – различных растений, плодов, пряностей… Попробуем узнать – какие из окружающих нас растений подойдут для того, чтобы использовать их в качестве источников природных индикаторов.

Практическая работа № 13 «Природные индикаторы»

Для начала выберите несколько объектов для исследования из следующего набора: черный и красный чай, свекла, красный виноград (сок и экстракт кожицы), краснокочанная капуста, красная фасоль, кожица баклажана, черника, черная смородина, малина, клубника, вишня, ежевика, цветы мальвы, кожица слив, плоды граната, куркума, красный перец. Если хотите, можете взять какие-то свои ягоды или цветы. Главное, чтобы они были окрашены в синий, красный или фиолетовый цвет – среди таких природных объектов индикаторы встречаются чаще всего.

Из сочных плодов и ягод приготовим сок – в стаканчике разомнем несколько ягод с небольшим количеством воды. Из сухих плодов и кожицы приготовим экстракты. Возьмем порошок пряности или мелко нарежем цветы или плоды, положим в стакан и зальем небольшим количеством спирта. Когда получится окрашенный раствор – начнем нашу работу.

1. Возьмите две пробирки, налейте в них сок или раствор, который вы хотите проверить.

2.  Добавьте в одну пробирку несколько капель раствора кислоты, в другую несколько капель раствора соды.

3. Сравните цвет получившихся растворов, запишите ваши наблюдения:

Индикатор	Цвет в кислоте	Цвет в основании

 

Что из выбранных вами природных объектов можно использовать в качестве индикаторов? Запишите вывод:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

  Занятие № 21 Полимеры.

Кейс

В 1934 году в лабораториях корпорации DuPont ученые пытались создать искусственный шелк. Несколько месяцев напряженной работы не принесли результатов: полимер, который получали после экспериментов, не могли перевести из жидкого состояния в твердое.

Руководитель проекта уже был готов прекратить поиски. После тщетных усилий исследователи переключились на тестирование других веществ.

Как-то раз молодой работник лаборатории взял стеклянную палочку и вытянул из капли клейкого вещества длинную нить. Это занятие так захватило команду исследователей, что однажды во время отсутствия руководителя группы они устроили соревнование – кто вытянет самую длинную нить. И когда соревнующиеся уже заплели нитями весь коридор, их осенила мысль, что вот он, способ переведения вещества из жидкого сос-тояния в твердое. Нити оказались достаточно крепкими, чтобы их можно было ткать. А первую полностью синтетическую ткань назвали нейлон.

Вывод: игривое развлечение привело к открытию первой синтетической ткани, которое, в свою очередь, перевернуло жизнь человека. В науке, как мы видим, есть место для несерьезности и легкой безответственности, ведь в правильном соотношении со знаниями и упорством они могут сотворить чудеса.

Если вы встретите человека, на котором каучуковый плащ, каучуковые брюки, каучуковая шляпа и каучуковые туфли – то это Чарльз Гудьир. Так говорили современники про одного весьма экстравагантного человека. Чарльз Гудьир не был ученым, он был изобретателем. И в один прекрасный момент он решил заняться каучуком. Каучук – это застывший сок южноамериканского растения гевея. Если пропитать соком гевеи ткань и высушить, то вода не будет через нее проходить. Из такой ткани можно сшить водонепроницаемый плащ. Только носить его будет очень неудобно. При малейшем морозе каучук затвердевает и такой плащ станет хрупким и будет ломаться. А в жару каучук расплавится и буквально стечет с модной обновки, заодно испачкав владельца. Гудьир решил улучшить каучук и стал смешивать его с разными наполнителями. Оказалось, что если добавить к нему сажу, то получившийся материал уже можно использовать. Для одежды он все же подходил не очень хорошо, такую одежду носил только сам изобретатель, за что его и прозвали каучуковым человеком. А вот для крыш был в самый раз. Смесь каучука и сажи наносили на картон и получались легкие и совершенно водонепроницаемые листы, которые к тому же еще и склеивались сами друг с другом на крыше. Такую крышу было сделать гораздо проще, чем металлическую или черепичную. Люди не могли нарадоваться на новые крыши, пока не наступило одно очень жаркое лето. И весь каучук стек с крыш на стены. Представьте себе, что крыша вашего дома не только испортилась сама, оставив лишь бесполезную бумагу, но еще и так испачкала стены дома, что отмыть их уже невозможно. Вряд ли вы будете довольны человеком, который такую крышу придумал и продал вам.

В общем Чарльз Гудьир остался ни с чем и понял, что надо более серьезно изучить проблему. На все деньги он закупал каучук и пытался улучшить его так, чтобы он сохранил эластичность, но стал более прочным и не боялся жары и холода. Чего он только не делал, говорят, что он даже варил его в гороховом супе. Но ничего не получалось. Но однажды он по пути домой уронил каучуковые пластины в грязь. Надо сказать, что каучук тогда продавали в виде квадратных пластин, пересыпанных серой, чтобы они не слипались друг с другом. Так вот, Гудьир помыл свои каучуковые пластины и положил их сушиться на каминную полку. И тут домой пришла его жена, которой, надо думать, уже до смерти надоели эксперименты мужа – тот самый вышеупомянутый суп вряд ли стал вкуснее от таких кулинарных экспериментов. И она, недолго думая, выкинула каучук в камин. Надо сказать, что горит каучук очень неприятно, с густым черным дымом. Поэтому Чарльзу пришлось срочно вытаскивать остатки своих рабочих материалов и выкидывать на улицу. Тут то и оказалось, что из каучука получился новый и очень интересный материал, упругий, легко переносящий и жару и холод – резина. Гудьир понял, что ему улыбнулась удача – если нагревать каучук с серой, то получается именно такой материал, который был нужен. Причем степень эластичности зависит от того, сколько серы добавить. Добавим немного – получится упругая резина, добавим много – твердый эбонит. Эбонит легко обрабатывался и из него стали делать самые разные вещи – от шахматных фигур до пуговиц. А вот резина пригодилась не только для резиновых сапог и плащей. Из нее стали делать шины для первых автомобилей. Сначала целиком из резины, а потом придумали сделать из нее трубку и надуть воздухом. Такие шины оказались гораздо лучше и мягче цельнорезиновых. Посмотрите на автомобильные шины, скорее всего вы увидите на них надпись Goodyear. Это не пожелание хорошего года. Фирма, которая одной из первых стала выпускать шины для автомобилей, названа именем изобретателя резины, Чарльза Гудьира.

Мы с вами, в отличие от Чарльза Гудьира, почти химики, поэтому попробуем разобраться, что же он такое придумал. Каучук с точки зрения химика – полимер, он состоит из очень длинных молекул, сделанных из повторяющихся кусочков. Чтобы вещество было эластично, молекулы должны легко растягиваться и сжиматься, и у каучука они действительно похожи на маленькие пружинки. Только растягиваются они слишком легко и поэтому каучук непрочен и сделать из него ничего не получится. Значит надо эти пружинки укрепить, связать между собой. И сера при нагревании образует мостики между молекулами-пружинками и они уже не так сильно растягиваются. И получается резина. А если мостиков очень много (мы добавили много серы), то образуется прочная сетка, и пружинки вовсе перестают растягиваться и получается твердый эбонит.

Если мы сегодня посмотрим вокруг, то обнаружим множество самых разных полимеров. Полиэтиленовый пакет, одноразовая посуда, пластиковые бутылки, синтетические ткани, корпуса телефонов и телевизоров, компьютерные мыши – все они сделаны из разных полимеров. Ученые придумали, как делать полимеры с самыми разными полезными свойствами – прочные, выдерживающие высокие температуры, упругие. Антипригарное покрытие на сковороде – это тоже специальный полимер – он очень скользкий и вода его не смачивает, поэтому к нему ничего не прилипает. Иногда даже говорят, по аналогии с каменным и бронзовым веком, что сейчас наступил век полимеров. На самом деле это не совсем верно, человек всегда пользовался полимерами, даже еще тогда, когда слова такого не было. Полимеры бывают трех типов – такие, которые полностью придумал человек, природные и такие, которые человек сделал из природных. Без природных полимеров человек не смог бы ничего сделать. Все натуральные ткани – хлопок, лен, шелк, шерсть – это именно полимеры, они состоят из длинных молекул и поэтому образуют длинные и прочные нити. Дерево – это тоже полимер, причем молекулы, его составляющие, очень похожи на молекулы хлопковых нитей. Получается, что из дерева можно сделать ткань? Это же здорово – дерева много, берем опилки и… Не все так просто. Когда ученые стали решать эту задачу, то они уже умели делать тонкие нити – это не слишком сложно. Надо только подобрать такие условия, чтобы то вещество, из которого мы хотим сделать нить, стало жидким. Например, нагреть, чтобы оно расплавилось. Или растворить. Потом жидкость можно пропустить через тонкое отверстие, и охладить, чтобы она застыла. Или нагреть, чтобы растворитель улетел. И мы получим нить. Но если мы будем нагревать дерево – оно обуглится или загорится, но жидким оно не станет. И растворить его вроде бы не в чем? Значит надо его изменить, модифицировать так, чтобы получилось новое вещество, которое будет или плавиться, или растворяться. Химики стали искать решение, и обнаружили, что если дерево, бумагу и хлопковые ткани обработать азотной кислотой, то получится вещество - нитроцеллюлоза, которое можно растворить и получить из него нить, или прозрачную пленку. Из нитей стали ткать ткани, красивые и блестящие, очень похожие на шелк. А из пленки – делать киноленту. Только у этих материалов быстро обнаружился один серьезный недостаток – достаточно было поднести к платью спичку и оно моментально сгорало. Это неудивительно, ведь это вещество называлось еще бездымным порохом. Сейчас нитроцеллюлозу уже не используют для того, чтобы делать ткани. Вскоре химики придумали, в чем можно растворить дерево и как можно переработать опилки, старую бумагу и много всего другого в новые и красивые ткани. Если смешать раствор аммиака и медный купорос, то в полученном густо-синем растворе можно растворить опилки, бумагу и любые хлопковые обрезки. А когда мы продавим получившийся раствор через тонкую дырочку в воду, то получится прочная нить. Ткань из таких нитей за свой блеск стали называть шелком, а за способ получения – медно-аммиачным шелком. Эта ткань уже не вспыхивала с такой легкостью.