Проектная работа "Исследование рН кислотности бфтовых веществ"

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение

«Видимская средняя общеобразовательная школа»

Нижнеилимского района

Иркутской области

III Региональная учебно-практическая конференция детских исследовательских и проектных работ «Эврика!»

Направление: «Элементарно, Ватсон!» (химия, биология)

Тема проектной работы: «Исследование рН кислотности для бытовых веществ»

Видим, 2023 год

Оглавление

Введение

Буквы pH можно встретить на баночке с кремом для лица, в результатах медицинских анализов, отчете эколога или инженера-технолога. Меня заинтересовал этот момент на этикетках, и я решил узнать, что это за вездесущий показатель, как его рассчитать и где применять.

Для обоснования актуальности данного вопроса я провёл социологический опрос среди обучающихся 8-11 классов нашей школы. Выяснилось, что 55 % ребят 8-11 классов нашей школы, не знают, что такое рН раствора. При этом 57 % опрошенных полагают, что рН не влияет на организм человека.

На основании проведённого опроса делаю вывод, тема моей проектной работы «Исследование рН кислотности для бытовых веществ» актуальна, потому что  вопрос здоровья и долголетия волнует человека всегда.

Перед собой я поставил цель: исследовать рН кислотности для бытовых веществ с помощью цифрового лабораторного оборудования «Архимед» образовательного центра «Точка роста».

Для достижения цели перед собой я поставил задачи:

1. Изучить литературные источники по данной проблеме;

2. Провести химический эксперимент с использованием оборудования цифровой лаборатории «Архимед» образовательного центра «Точка роста» на базе нашей школы;

3. Создать памятку (буклет) «Влияние рН кислотности на организм человека».

Предмет исследования:  газированная вода, мыльный раствор, уксус, раствор соли, лимонный сок и раствор пищевой соды.
Объект исследования: водородный показатель рН растворов бытовых веществ.

Научная новизна:  применение оборудования цифровой лаборатории «Архимед» образовательного центра «Точка роста».

Практическая значимость: полученные данные можно использовать в качестве материала  для классных часов и конференций, посвященных здоровью и долголетию; для проведения предметных недель, для общего просвещения учащихся, возможно, однажды этот вопрос будет интересовать более широкий круг людей.

Теоретическая часть

Водородный показатель рН

Водородный показатель, pH раствора — это мера активности ионов водорода в растворе, и количественно выражающая его кислотность, выраженной в молях на один литр.

Это понятие было введено в 1909 году датским химиком Сёренсеном. Показатель называется pH, по первым буквам латинских слов potentia hydrogenI— сила водорода, или pondus hydrogen — вес водорода. Вообще в химии сочетанием pН принято обозначать величину, равную −lg, а буква H в данном случае обозначает концентрацию ионов водорода (H+).

Водные растворы веществ могут быть кислыми, нейтральными или щелочными. Кислотность среды зависит от концентрации положительно заряженных ионов водорода (H+) и отрицательно заряженных гидроксид-ионов (OH−) относительно друг друга.

Если в растворе [H+] [OH−], то его называют кислотным.

Если [OH−] [H+] — щелочным.

Если [H+] = [OH−] — нейтральным.

Название величины указывает лишь на то, что кислотность или щелочность среды можно выразить через концентрацию только ионов водорода. Значения pH могут варьироваться в интервале от 0 до 14. Чем меньше рН, тем выше кислотность среды. И наоборот: чем больше рН, тем выше щелочность среды.

Сильнокислотные свойства раствора характерны для pH = 0–3, а сильнощелочные — для pH = 12–14.

Значения pH в зависимости от характера среды:

• в нейтральных водных растворах pH = 7;

• в кислотных — pH

• в щелочных — pH 7.

В быту нейтральной средой принято считать диапазон pH = 5–8,5. Растворы такой кислотности (или щелочности) безопасны для кожи и слизистых человека. Ниже приведены pH некоторых веществ, которые мы встречаем в повседневной жизни:

Водородный показатель имеет важное значение во многих отраслях:

• в косметологии многие продукты проходят проверку на оптимальное значение pH для безопасности кожи;

• в сельском хозяйстве кислотность среды определяют для выращивания сельскохозяйственных культур;

• в экологии изменение кислотности дождевых вод, рек, озер свидетельствует об ухудшении экологических условий и т. д.

Методы определения водородного показателя раствора

Проанализировав литературные источники с использованием интернет-ресурсов, я узнал, что характер среды (кислый, нейтральный или щелочной) определяют с помощью индикатора. Индикаторы — специальные вещества, которые изменяют окраску раствора при различных значениях pH. Чтобы определить характер среды, в исследуемый раствор достаточно добавить несколько капель водно-спиртового раствора индикатора — и окраска последнего изменится. На практике в лабораторных условиях наиболее распространены несколько индикаторов: метилоранж, лакмус и фенолфталеин. Окраска этих индикаторов в кислой, нейтральной и щелочной среде представлена в таблице:

Определение pH среды с помощью индикатора — быстрый и наглядный метод, но для определения более точного значения pH используют универсальный индикатор.

Универсальный индикатор представляет собой смесь высушенных веществ, нанесенных на бумагу. С его помощью можно определить характер среды в широком диапазоне pH — от 1 до 14.

Для измерения водородного показателя pH на бумажную полоску наносят исследуемый раствор, а затем сравнивают цвет индикатора с эталонной шкалой.

Использование специального прибора pH-метра позволяет измерять значения pH в более широком интервале и с большей точностью (до 0,01 единицы pH) по сравнению с индикаторами. Работа pH-метра основана на измерении электродвижущей силы (ЭДС), которая создается электродами после погружения в раствор.

Также определить количественное значение рН раствора можно с помощью цифрового рН-датчика образовательного центра «Точка роста» на базе нашей школы – это будет наш эксперимент в рамках проектной работы.

Значение pH растворов для живых организмов

Тело человека на 70-80% состоит из воды, и имеет определенное кислотно-щелочное соотношение, характеризуемое показателем pH.

Кислотность жидкостей внутри человеческого организма в норме совпадает с кислотностью крови и находится в пределах от 7,35 до 7,45 pH (нейтральная среда).

Кислотность плазмы артериальной крови человека колеблется в пределах от 7,37 до 7,43 рН, составляя в среднем 7,4 рН (нейтральная среда). Таким образом, я делаю вывод о том, что для живых организмов кислая и щелочная среда недопустима, пагубно будет влиять на их функциональную работу всего организма в целом.

Кислотно-щелочное равновесие в крови человека является одним из самых стабильных параметров, поддерживающее кислые и щелочные компоненты в определенном равновесии в очень узких границах. Даже небольшой сдвиг от указанных пределов может привести к тяжелой патологии.

При сдвиге в кислотную сторону возникает состояние, называемое ацидозом (в организме много органических кислот), в щелочную — алколозом (в организме много оснований). Изменение кислотности крови выше 7,8 рН или ниже 6,8 рН несовместимо с жизнью. К примеру, кислотность эритроцитов составляет 7,28–7,29 рН.

Американские ученые в начале 21 века сделали подлинное открытие, когда выявили, что у любого продукта есть еще один фундаментальный показатель, который имеет критическое значение для нашего здоровья. Это кислотная нагрузка пищи. Она складывается из соотношения в пище компонентов, которые в ходе метаболизма образуют либо кислоту, либо щелочь. Кислотная нагрузка измеряется по принципу кислота минус щелочь. Когда в пище преобладают компоненты, образующие серную кислоту (серосодержащие аминокислоты в белках) или органические кислоты (жиры, углеводы), то кислотная нагрузка имеет положительную величину. Если в пище больше компонентов, образующих щелочь (органические соли магния, кальция, калия), то кислотная нагрузка представляет собой отрицательную величину.

Водородный показатель имеет реальное значение, в связи с тем в процессе эволюции, у большинства живых организмов выработан механизм обеспечения постоянства этого показателя в клетке. Это может влиять на активность ферментов и состояние других белковых молекул.

Кислотно-щелочная среда является главным компонентом гомеостаза.  Изменение рН крови всего на 0,3- 0,4 в любую сторону приводит  организм к значительному снижению ферментативной активности в заданной среде организма и может закончиться летально. Количество веществ  в организме, обладающих кислотными или щелочными свойствами зависит от приема пищи, интенсивности обменных процессов, от способа выделения этих веществ из организма и других факторов.               

К физиологическим системам организма относятся легкие, почки, печень, желудочно- кишечный тракт.  Механизм действия этих систем заключается  в выведении   ряда  метаболитов, в результате которых происходит нормализация  кислотно-щелочной среды в организме.

Практическая часть

Социологический опрос «рН водных растворов»

Мною был проведен опрос среди ребят 8-11 классов. Я опросил 47 человек из 65, что составляет 72% от общего числа опрошенных (Приложение 1).

Ребятам было предложено 2 вопроса:

1. Знаете ли вы, что такое рH раствора?

2. Как вы считаете, влияет ли рH раствора на организм человека?

Выяснилось, что 45% ребят нашей школы знают, что такое рH раствора. При этом 57% ребят считают, что рН раствора не влияет на организм человека.

В опрос 1. Знаете ли вы, что такое рH раствора?

В опрос 2. Как вы считаете, влияет ли рH раствора на организм человека?

Определение значение рН кислотности для бытовых веществ

1. Осторожно поместить рН-электрод в первый раствор, подождать, пока значение рН не стабилизируется, записать результат в таблицу;

2. Тщательно промыть электрод дистиллированной водой, затем повторить опыт для других растворов;

3. Подготовить таблицу испытанных растворов и записать, какие из них являются основными, а какие – кислотными (Приложение 2).

Результаты испытанных растворов

Исследование влияния уксусной кислоты на лист герани

Материалы и оборудование: лист герани, раствор уксусной кислоты (70%), предметное стекло, пинцет, цифровой микроскоп, ноутбук.

На предметной стекло поместили лист герани. Изучили строение листа герани под цифровым микроскопом.

На предметной стекло поместили лист герани и нанесли несколько капель уксусной кислоты. Изучили строение листа герани под цифровым микроскопом (Приложение 3).

Вывод: при действии уксусной кислоты на пластину герани наблюдается изменение окраски листа с зелёного на жёлтый цвет, что свидетельствует о губительном влиянии сильно кислой среды на живые организмы.

Заключение

1. Проанализировав литературные интернет источники, выяснил, что водородный показатель, pH раствора — это мера активности ионов водорода в растворе, и количественно выражающая его кислотность, выраженной в молях на один литр.

2. Проведенный социологический опрос показал, что 55 % ребят 8-11 классов нашей школы, не знают, что такое рН раствора. При этом 57 % опрошенных полагают, что рН не влияет на организм человека.

3. Проведенный химический эксперимент показывает, что у различных веществ рН раствора значительно отличается: от 1.1 до 9.3 (от кислой до щелочной среды).

4. Кислотно-щелочная среда является главным компонентом всей жизнедеятельности живых организмов. Для живых организмов изменение рН в любую сторону приводит к значительному снижению их жизненных показателей.

5. Проведенный химический опыт «Действие уксуса на листок герани» показывает, что высокая концентрация ионов водорода ( рН=1.1) губительно влияет на живой организм.

6. Влияние газировонной воды (рН=3.1-3.2) на организм человека отрицательно сказывается на его здоровье, особенно если имеются проблемы с желудком.

Список литературных источников

1. Онлайн школа Skysmart: https://skysmart.ru/articles/chemistry/vodorodnyj-pokazatel-ph.

2. Учебное пособие по химии, 8 класс, О.С.Габриелян: М:-2021 год.

3. Лабораторные работы по химии. Цифровая лаборатория «Архимед», Москва, 2021 год.

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Фотоснимок цифрового микроскопа «Микромед-Эврика»

«Действие уксусной эссенции, 70 %»

Контрольная проба

Фотоснимок цифрового микроскопа «Микромед-Эврика»

«Действие уксусной эссенции, 70 %»

2