Растения в качестве кислотно-основных индикаторов. Plants as acid-base indicators

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Различные части растений: цветы, плоды, листья и т.д. содержат специфические пигменты - антоцианы. С химической точки зрения многие антоцианы являются глюкозидами флавоноидов. В зависимости от строения антоцианы могут быть окрашены разнообразные цвета - синий, красный или фиолетовый.

Общая структура молекулы антоцианинов выглядит так:

Растения в качестве кислотно-основных индикаторов. Plants as acid-base indicators

А вот - конкретный представитель:

Цианидин-3-O-самбубиозид (Cyanidin-3-O-sambubiosid) - содержится в бузине

Благодаря антоцианинам цветы, листья и плоды растений имеют красивую и хорошо узнаваемую окраску. И что самое замечательное - цвет антоцианинов зависит не только от их строения, но и от рН среды. В кислой среде они имеют одну окраску, в нейтральной - другую, в щелочной - третью. Благодаря повсеместному распространению растений и растительных продуктов (соки, пасты, вина, варенья...) мы получаем легкодоступные кислотно-основные индикаторы. Особенно это актуально для юных химиков.

Не удивительно, что с этим свойством антоцианинов я познакомился еще в школе, помещая различные цветы, плоды и окрашенные листья-стебли в доступные тогда кислоты и основания: уксус и 10% аммиак (аптечный нашатырный спирт). Просто, наглядно и красиво. А главное - опыт нес элемент неожиданности: опускаешь цветок в аммиак и не знаешь, в какой цвет он окрасится. В синий? В зеленый?

Само название "антоцианы" долго не мог запомнить, но экспермиентам это никак не мешало. Позже к доступным кислотам добавились: разбавленная серная кислота (электролит для свинцовых аккумуляторов) и едкий натр (средство для прочистки труб "крот").

Разумеется, мысль написать статью по растительным индикаторам и снабдить ее иллюстрациями возникла давно. Что мешало? Хотелось набрать побольше материала, и тут оказалось, что не все так просто. Одни растительные образцы, например, окрашенные яблоки и помидоры (или свежие, или в виде консерваций/сока) доступны почти круглый год. Зато другие - полевые цветы, шелковица, вишни, красные осенние листья и т.д. доступны всего несколько недель, а то и дней в году.

Несколько раз начинал накапливать материал, а потом - бросал: переключался на другие эксперименты. Когда возвращался - браковал старое, т.к. качество снимков было не идеальным. Потом понял: не обязательно делать "все на свете" - хватит одного-двух примеров.

Например, недавно созрела шелковица, любимая мной с детства. Собрал немного черных (темно-красных) плодов, залил их дистиллированной водой в стаканчике, раздавил плоды стеклянной палочкой, оставил настаиваться.

В три стаканчика налил дистиллированной воды. В первый добавил концентрированную соляную кислоту, второй стаканчик оставил с нейтральной водой, в третьей - добавил концентрированный раствор аммиака. Во все три стаканчика добавил сок шелковицы (точнее - настой, но назовем его "соком").

В стакане с нейтральной средой вода стала розовой (правда, среда теперь не совсем нейтральная, поскольку сам сок шелковицы - кислый). В соляной кислоте сок шелковицы дал оранжевую окраску. А в растворе аммиака - жидкость стала коричнево-фиолетовой.

Теперь смоделируем титрование. В средний стакан (там была дистиллированная вода) добавил несколько капель соляной кислоты - розовая жидкость стала оранжевой (как в первом стакане). Аналогичную процедуру провел и с третьим стаканом (был аммиак) - окраска также перешла в оранжевую. Теперь в средний стакан добавил раствор аммиака - после нескольких раз раствор приобрел щелочную реакцию и стал фиолетовым. На третий стакан моего запаса аммиака не хватило (много добавил соляной кислоты). Ничего - приготовил раствор едкого кали и добавил в третий стакан по капле. В конечном счете, раствор стал фиолетовым.

Вспомнил, что как-то скачал из интернета ролик и постер про приготовлению индикатора из краснокочанной капусты. Для этого капусту достаточно измельчить и сделать из нее отвар (наглядная инструкция на видео ниже). Самое интересное, что при изменении рН от 0 до 14 окраска отвара меняется от красной, через розовую, фиолетовую, синюю, зеленую и желтую на оранжевую.

Другими словами, в моем эксперименте дискретность изменения рН слишком грубая: умеренно-кислая среда - нейтральная [примерно] - умеренно-щелочная. В домашних (точнее - кухонных) условиях можно попробовать еще сильнокислую и сильнощелочную среду, а именно: концентрированную соляную кислоту (не разбавляя ее водой) и насыщенный раствор едкого кали (с осадком гранул).

Чтобы не повторяться с шелковицей, нарвал ягод черной черешни - невкусная попалась, но для нашего эксперимента это неважно. Для начала - снова три стакана: разбавленная соляная кислота, дистиллированная вода и разбавленное едкое кали.

Второй стакан (дистиллированная вода) - оранжевый цвет, первый стакан (соляная кислота) - оранжевый цвет (более красный оттенок). Едкое кали (третий стакан) - раствор стал зеленым (хотя цвет нечистый).

Начинаем "титрование": во второй стакан добавил несколько капель соляной кислоты - оттенок стал более красным. Соляную кислоту в третий стакан - раствор также стал оранжевым с красным оттенокм. В результате во всех трех стаканах кислая среда и красно-оранжевая окраска раствора.

Теперь "сделаем, как было". В третий стакан небольшими порциями при перемешивании стал добавлять едкое кали. Красно-оранжевый раствор постепенно стал розовым. Дальше - коричнево-фиолетовым, фиолетовым и зеленым. То же - со вторым стаканом. На первый стакан заготовленного раствора KOH не хватило - не страшно.

Теперь - сильнокислая и сильнощелочная среда. Первый стакан - концентрированная соляная кислота, второй - гранулы едкого кали и немного воды. Добавляю сок черешни. В первом стакане раствор стал оранжевым, во втором - зеленым. Количество щелочи меня не удовлетворило (сок разбавил раствор) - решил добавить в стакан еще гранул щелочи. Пока доставал банку (съемку, разумеется, прекратил) - обнаружил, что раствор стал коричневым.

Ситуация с коричневой окраской растений под действием щелочи довольно типична. Еще в детстве, когда я помещал разные цветы в аммиак (непосредственно в раствор или в пары над раствором), обнаружил, что они в конечном счете становились коричневыми. Например, цветок шиповника сначала становился лиловым, но потом быстро приобретал коричневый цвет. Пока одни части цветка еще не успели изменить окраску с розовой на лиловую, а другие - уже становились коричневыми. По-видимому, в сильнощелочной среде растительные пигменты быстро разлагаются.

Кислоты обходятся с растениями не менее "круто". Когда я подвешивал цветы в закрытой банке над поверхностью концентрированной кислоты - соляной или азотной, то изменения цвета затрагивали только края лепестков. А, если опустить цветок в саму кислоту, происходила быстрая деструкция растительных тканей и они "разлазились" (по-видимому, в результате кислотного гидролиза целлюлозы). Азотная кислота, кроме того, также приводила к появлению коричневого цвета. По-видимому, тут нужна умеренность - опускать цветы в сильно разбавленные растворы кислот.

Ниже показаны результаты некоторых прошлых экспериментов с цветами. (В правильности ботанических названий я не уверен, а в некоторых случаях - вообще их не знаю).

Кстати, было интересно узнать, что окраска антоцианинов может меняться не только в ходе описанных выше "варварских опытов", но и в результате естественного изменения рН в тканях живых растений (в процессе их нормальной жизнедеятельности: при созревании плодов, распускании цветов и т.д.). Например, цветы Медуницы мягкой при раскрытии бутонов меняют цвет с розового на сине-фиолетовый: