Разноцветные чернила живого

V Всероссийский образовательный флешмоб «ХИМИЧИМ ДОМА ВМЕСТЕ»

Педагогический марафон «Сто идей для детей»

Методическая разработка занятия внеурочной деятельности
по химии и экологии для учеников 6 класса

«Разноцветные чернила живого» –натуральные пигменты

Навалихина Ольга Викторовна, учитель химии КОГОАУ КФМЛ, г. Киров

Янаева Светлана Васильевна, учитель биологии КОГОАУ КФМЛ, г. Киров

Цель: способствовать формированию представления у обучающихся об особенностях строения, химических и физических свойствах и применения в жизни знаний о растительных пигментах.

Задачи:

1) образовательные:

• сформировать представление об особенностях строения, химических и физических свойствах растительных пигментов;

• представить отличительные особенности между разными растительными пигментами.

• рассмотреть способы применения знаний о растительных пигментах в различных сферах жизни человека;

• обучить проведению химического эксперимента над исследуемым объектом на примере растительных пигментов: хлорофиллов, антоцианов, каротинов.

2) развивающие:

• способствовать развитиюкоммуникативных навыков, умению правильно анализировать, сопоставлять, сравнивать, обобщать познавательные объекты, делать выводы;

• способствовать развитию умений работать в проектных командах;

3) воспитательные:

• воспитывать познавательный интерес учащихся к дальнейшему изучение биологических и химических наук;

• обеспечивать патриотическое воспитание;

• профориентация учащихся;

Тип занятия: интегрированное.

Особенности занятия: проводят обучающиеся 10 классов для учеников 6 класса.

Оборудование и материалы: штатив для пробирок, пробирки, пробки резиновые для пробирок, стеклянные палочки, лабораторный штатив с кольцом, пробиркодержатели, спиртовки, спички, воронки конические стеклянные, фильтровальная бумага, ступки с пестиками, небольшое количество речного песка, ножницы, вода дистиллированная, спирт этиловый,растительное масло, ацетон, разбавленный раствор соляной кислоты, разбавленный раствор гидроксида натрия; гибискус, кислица комнатная (или колеус с фиолетовыми листьями), сушеные цветки календулы лекарственной.

План занятия:

1. Организационный момент (3-5 мин.).

2. Актуализация знаний (7-10 мин.).

3. Объяснение нового материала (25-30 мин.).

4. Динамические паузы (2-3 мин.)

5. Закрепление материала (20-30 мин.)

6. Рефлексия. Подведение итогов (5 мин.)

Ход занятия

1.Организационный момент (1-2 минут)

Учитель: Здравствуйте, ребята! Очень приятно видеть вас всех на нашем занятии. Хотелось бы узнать, как вы настроены на работу сегодня. Перед вами лежат кусочек моркови, кусочек зеленого яблока и слива. Ваша задача сейчас,независимо от ваших вкусовых предпочтений, выбрать тот кусочек, который характеризует ваш настрой на работу и…пока отложить его в сторону.

Зеленоеяблоко, если вы себя прекрасно ощущаете, у вас замечательное настроение и вы готовы сегодня к продуктивной деятельности на занятии.

Морковь, если вы нормально себя ощущаете, у вас обычное настроение и вы расположены сегодня к продуктивной деятельности на занятии.

Слива, если вы себя ощущаете угнетенно, у вас отсутствует настроение и вы не готовы сегодня заниматься любой деятельностью на занятии.

Ученики 6-го класса:Приветствуют учителя, выбирают по настроению продукт.

Учитель: Производит эмоциональную рефлексию, настраивает ребят на получение новой и интересной информации.

2. Актуализация знаний (3-4 минут)

Учитель:Ребята сегодня у нас необычное занятие, для определения его темы предлагаю вам посмотреть на продукты, оставшиеся у вас на столах и ответить на вопросы.

Почему наш мир разноцветный?

Какие вещества окрашены?

Зачем нужны натуральные красители?

Где их найти и как выделить?

Ученики 6-го класса: Отвечают на вопросы. Говорят о пигментах и предполагают их значение и способы выделения.

Учитель:Да ребята, абсолютно верно. Сегодня речь пойдет о пигментах, о способах их выделения и применении этих знаний в практической жизни человека.Тема нашего сегодняшнего занятия «Разноцветные чернила живого» – натуральные пигменты». Познакомиться с этим вопросом нам помогут лицеисты 10 класса.

3. Изучение нового материала (20-25 минут)

Известный физик Уильям Рэлейутверждал, что красный цвет крови и зеленый – травы составляют тайны, «в которые никто не может проникнуть». Но прошло около ста лет, и мы можем сказать, что этих тайн больше не существует.

Цвет, как практически каждое сложное явление природы, имеет особенности, относимые нами к различным областям естествознания. Свойства светового луча, его природа, спектр, энергия, которую тот или иной луч несет, – это материал, изучаемый на уроках физики.

Окраска вещества и причины ее возникновения – это предмет изучения химии; природа восприятия цвета человеком – прерогатива биологии; воздействие цвета на человека – это область экологии.

Цвет того или иного участка радуги также, как и цвет любого окрашенного вещества, определяется той длиной волны, энергия которой преобладает в данном излучении. Солнечный луч содержит в себе все цвета радуги или световые волны различной длины.

Если вещество способно поглощать только кванты определенной энергии, то этим однозначно определяется и цвет вещества. Когда белый свет, падая на какое-либо твердое тело, полностью рассеивается им, то такое тело кажется нашему глазу бесцветным, белым, неокрашенным. Наоборот, если все падающие на тело лучи им поглощаются, то получается впечатление черного цвета. Наконец, тела, поглощающие одни из падающих простых лучей и рассеивающие другие из них, кажутся нашему глазу цветными или окрашенными. Цвет является, таким образом, результатом избирательного поглощения определенных участков в непрерывном спектре падающего белого света.

А от чего же зависит, лучи какой длины поглощает то или иное окрашенное вещество (мы будем называть их пигментами)? Оказывается, от химической структуры молекулы вещества! Та или иная часть молекулы (или функциональная группа) отвечает за поглощение луча с определенной длиной волны!

Мы предлагаем каждому из вас вытащить из нашего черного мешочка конфету. По цвету конфеты произойдет разделение вас на три команды, каждая из которых получит свое индивидуальное задание. Группе под руководством куратора-старшеклассника предстоит знакомство с той или иной группой натуральных растительных пигментов, выделить из их соответствующего источника и затем познакомить с результатами своей работы одноклассников.

1 группа – Е140 (хлорофиллы) «А он такой зеленый!..»

Десятиклассник демонстрирует формулу хлорофилла, обращая внимание, что на самом деле это не одно вещество, а несколько, выделяет в структуре хромофорную группу, объясняет, что большой неполярный фрагмент молекулы не позволяет хлорофиллам хорошо растворяться в воде, а, значит, для извлечения этого красителя нужно использовать органические растворители, например, спирт.

Проводится эксперимент по извлечению хлорофилла спиртом из листа комнатного растения – гибискуса. Затем проводится бумажная хроматография экстракта, позволяющая «отыскать» еще и желтые ксантофиллы. Затем шестиклассники под руководством куратора-десятиклассника выясняют химическую суть сезонного изменения окраски листьев.

2 группа – Е160 (каротиноиды) «А всегда ли морковка была оранжевой?»

Десятиклассник демонстрирует формулу каротиноидов, обращая внимание, что на самом деле это не одно вещество, а несколько, выделяет в структуре хромофорную группу, объясняет, что большой неполярный фрагмент молекулы не позволяет каротиноидам хорошо растворяться в воде, а, значит, для извлечения этого красителя нужно использовать органические растворители, например, спирт или растительное масло.

Проводится эксперимент по извлечению каротиноидов из сушеных лепестков календулы лекарственной. Для этого сушеные лепестки кипятят с дистиллированной водой, перемешивают со спиртом и ацетоном (под тягой!!!) Школьникам предлагают также познакомиться с результатами извлечения каротиноидов из цветков календулы растительным маслом и бензином (эти опыты закладываются заранее). Затем шестиклассники под руководством куратора-десятиклассника выясняют, как приготовить морковный салат, чтобы максимально полно извлечь все каротиноиды из овоща, необходимые для хорошего зрения, так как каротины являются провитамином А.

3 группа – Е163 (антоцианы) «Красный, синий, фиолетовый и не только»

Десятиклассник демонстрирует формулу антоцианов, обращая внимание, что на самом деле это не одно вещество, а несколько, выделяет в структуре хромофорную группу, объясняет, что большое число полярныхфункциональных групп позволяет антоцианам хорошо растворяться в воде, а, значит, для извлечения этого красителя не требуется применение органическихрастворителей.

Проводится эксперимент по извлечению антоцианов водой из листьев кислицы комнатной или колеуса. Затем шестиклассники под руководством куратора-десятиклассника выясняют, каким образом осуществляется питание этого растения, если детям известна роль хлорофилла в процессе фотосинтеза. Высказанное предложение о том, что и хлорофилл в листьях тоже присутствует, проверяется извлечением его из листьев спиртом.

С водным извлечением антоцианов целесообразно провести эксперимент, позволяющий установить их способность изменять окраску в зависимости от кислотности среды, т.е. возможность применения антоцианов в качестве кислотно-основного индикатора.

4. Закрепление изученного материала (8-10 минут)

Учитель: Пришло время представить ваши работы.

Учащиеся выступают с выводами по своей работе. «Совершенно случайно» в каждой группе оказывается шестиклассник, выполнявший минипроект по той или иной группе натуральных пигментов. После выступления группы эти ребята очень кратко рассказывают о практическом применении знаний о каждом из красителей.

1 группа. Хлорофиллы

2 группа. Каротиноиды

3 группа. Антоцианы

5. Подведение итогов занятия, рефлексия (2 минуты)

Учитель: Ребята, давайте подведем итог нашего занятия. Сегодня вы познакомились с различной гаммой растительных пигментов, выполнили все задачи, и достигли цели. Предлагаю вернуться к нашему «вкусному настроению». Хотелось бы узнать, изменилось ли ваше настроение в ходе работы. Перед вами вновь лежат кусочек моркови, кусочек зеленого яблока и слива. Ваша задача аналогична, независимо от ваших вкусовых предпочтений, выбрать тот кусочек, который характеризует ваше настроение после занятия.

Зеленое яблоко, если вы себя прекрасно ощущаете, у вас замечательное настроение и вам очень понравилась тема и работа на занятии.

Морковь, если вы нормально себя ощущаете, у вас обычное настроение по вашему мнению сегодня было самое обычное занятие.

Слива, если вы себя ощущаете угнетенно, не в настроении и вам было не интересно на занятии.

Ученики:выбирают продукт.

Учитель: завершает занятие.

Не существует ни одной травинки, ни одногоцветав этом мире, что не предназначены нести радость и знание людям (Жан Кальвин)

Приложение 1.

Лабораторная работа «Выделение растительных пигментов»

Инструкционная карта №1

Е140 (хлорофиллы) «А он такой зеленый!..»

Цель лабораторной работы: изучить особенности растительного пигмента хлорофилла.

Оборудование: листья гибискуса, ступка с пестиком, ножницы, речной песок, воронка коническая стеклянная, фильтровальная бумага, пробирки, штатив для пробирок, этанол.

Теоретический материал для группы.

Самым главным пигментом растений, который обусловливает их принадлежность к отдельному зеленому царству, является, конечно же, хлорофилл. Он содержится в зеленых частях растений (от 0,6 до 1,2% от массы сухого листа).

В основе структуры хлорофилла лежит порфирин это полярная часть молекулы, образующая порфириновое ядро, и фитольный «хвост» (остаток одноатомного непредельного спирта фитола). В состав порфиринового ядра входит атом Мg, определяющий физические и химические свойства хлорофилла. Фитол не участвует в поглощении света, но ориентирует молекулу хлорофилла в структуре хлоропласта.

В отличие от обширных групп антоцианов, каротиноидов, флавонов и флавонолов, в клетках всех высших растений имеется только две формы хлорофилла – зеленый с синеватым оттенком, хлорофилл а и зеленый с желтоватым оттенком, хлорофилл b. Хлорофилл a характерен для всех видов фотосинтезирующих растений. Хлорофилл b присутствует в листьях высших растений и в большинстве водорослей. Бурые водоросли, кроме того, содержат хлорофилл с, а красные – хлорофилл d.

Ход работы

1.Нарежьте листьягибискуса, перетрите их в ступке пестиком с небольшим количеством песка до увлажнения, затем добавьте небольшое количество этанола, продолжайте растирание.

2.С помощью фильтровальной бумаги отделите листья от спиртового извлечения, проведите бумажную хроматографию извлечения, используя в качестве подвижной фазы этиловый спирт.

3.Проанализируйте результаты хроматографирования, попробуйте объяснить, почему желтеют осенние листья.

Инструкционная карта №2

Е160 (каротиноиды) «А всегда ли морковка была оранжевой?»

Оборудование: цветы календулы лекарственной, пробирки с пробками, штатив для пробирок, пробиркодержатели, спиртовка, спичка, горячая вода, спирт, стеклянные палочки, растительное масло и ацетон.

Цель лабораторной работы: изучить особенности строения каротинов.

Теоретический материал для группы

У некоторых, немногочисленных по сравнению с «антоциановой» группой, видов растений оранжевая и красно-коричневая окраска цветков (тагетес прямостоячий, настурция большая) или плодов (томаты, шиповник, ландыш майский) обусловлена не растворенными в клеточном соке антоцианами, а находящимися преимущественно в желтых и оранжевых пластидах (хромопластах) пигментами группы каротиноидов. Каротиноиды содержатся практически во всех органах растений: в цветках, листьях, плодах и семенах. В листьях и зеленых плодах каротиноиды находятся в хлоропластах, где маскируются хлорофиллом, и в хромопластах. Каротиноиды нерастворимы в воде, но хорошо извлекаются из пластид органическими растворителями (бензин, спирт). Их цвет, в отличие от антоцианов, не зависит от кислотности среды.

Все каротиноиды по своей природе это жиры или полиеновые соединения, состоящие из восьми остатков изопрена, которые образуют цепь конъюгированных связей. Каротиноиды включают две основных группы структурно близких веществ: каротины и ксантофиллы.

Каротиноиды вместе с флавоновыми пигментами придают желтый цвет листьям и венчикам цветков огурца, тыквы, одуванчика, лютиков, купальницы, калужницы, чистотела, подсолнечника, плодам кукурузы, тыквы, кабачков, баклажанов, паслена, помидора, дыни, а также многих цитрусовых.

Ход работы:

1.Поместите лепестки цветов календулы лекарственной в отдельные пробирки.

2. В пробирки залейтепо 5-7 мл воды и спирта. Лепестки с водой прокипятите несколько минут. Охладите пробирку, оцените окраску. Содержимое пробирки со спиртом тщательно перемешайте стеклянной палочкой. Сравните окраски водного и спиртового извлечений.

3.Рассмотрите пробирки, в которых производилось извлечение каротиноидов из лепестков календулы растительным маслом (сравните окраску с исходным цветом масла) и ацетоном. Не открывайте пробку пробирки с ацетоном!

4. Предположите, какой ингредиент вы бы включили в салат, чтобы максимально извлекались каротиноиды моркови, являющиеся провитамином А, необходимым для хорошего зрения.

Инструкционная карта №3

Е163 (антоцианы) «Красный, синий, фиолетовый и не только»

Оборудование: кислица комнатная или колеус с фиолетовыми листьями, ступка с пестиком, ножницы, речной песок, воронка коническая стеклянная, фильтровальная бумага, пробирки, штатив для пробирок, этанол, разбавленные растворы NaOHи HCl.

Цель лабораторной работы: изучит особенности растительных пигментов антоцианов.

Теоретический материал для группы

Что определяет окраску розовых, сиреневых, синих и фиолетовых цветков? Как это ни удивительно, но эти цвета определяет одна группа пигментов – антоцианы, впервые выделенные из цветков василька синего.Если орган растения имеет голубой, синий, фиолетовый цвет, то нет никакого сомнения в том, что его окраска обусловлена антоцианами.Антоцианы – это гликозиды, возникающие при соединении различных сахаров с циклическими соединениями, называемыми антоцианидинами. Содержатся антоцианы в клеточном соке (вакуолях), значительно реже – в клеточных оболочках.

Известно более 500 индивидуальных антоциановых соединений, и число их постоянно увеличивается. Все они имеют С15-углеродный скелет — два бензольных кольца А и В, соединенные С3-фрагментом, который с атомом кислорода образует γ-пироновое кольцо (С-кольцо).

В присутствии щелочи в молекулах антоцианов происходит перегруппировка двойных и ординарных связей между атомами углерода, что приводит к образованию нового хромофора – в щелочной среде антоцианы приобретают синий или сине-зеленый цвет. Поэтому их можно использовать в качестве кислотно-щелочных индикаторов. При действии минеральных и органических кислот антоцианы образуют соли красного, при действии щелочей – синего цвета. На цвет антоцианов влияет также способность этих пигментов образовывать комплексные соединения с металлами.

Ученые полагают, что фиолетовые листья некоторых растений, таких как персидский щитовник, вешенка и декоративная капуста, могут действовать как естественный «солнцезащитный крем», защищая клетки растения от слишком большого количества света. Растения, которые испытывают слишком много солнечного света, могут страдать от фотоингибирования, снижения способности растений осуществлять фотосинтез.А поскольку высокий уровень антоцианина часто проявляется вместе с высокой концентрацией ядовитых фенолов, возможно, что фиолетовые листья некоторых растений помогают отпугивать голодных травоядных.

Ход работы

1. Нарежьте листья кислицы комнатной или колеуса, перетрите их в ступке пестиком с небольшим количеством песка до увлажнения, затем добавьте небольшое количество воды, продолжайте растирание.

2.С помощью фильтровальной бумаги отделите листья от водного извлечения, проведите бумажную хроматографию извлечения, используя в качестве подвижной фазы воду.

3. Повторите эксперимент, используя в качестве экстрагента этиловый спирт. Обсудите полученные результаты.

4. Водный раствор антоцианов разделите на три пробирки. В первую добавьте несколько капель раствора щелочи, во вторую – несколько капель раствора кислоты, третью оставьте для сравнения. Как вы считаете, могут ли быть использованы антоцианы в качестве кислотно-основного индикатора?