Волшебная жидкость

Измените цвет жидкости!

Сложность:
Опасность:
Время:
10 минут
Волшебная жидкость

Реагенты

Безопасность

  • Перед началом опыта наденьте защитные перчатки и очки.
  • Проводите эксперимент на подносе.
Общие правила безопасности
  • Не допускайте попадания химических реагентов в глаза или рот.
  • Не допускайте к месту проведения экспериментов людей без защитных очков, а также маленьких детей и животных.
  • Храните экспериментальный набор в месте, недоступном для детей младше 10 лет.
  • Помойте или очистите всё оборудование и оснастку после использования.
  • Убедитесь, что все контейнеры с реагентами плотно закрыты и хранятся по правилам после использования.
  • Убедитесь, что все одноразовые контейнеры правильно утилизированы.
  • Используйте только оборудование и реактивы, поставляемые в наборе или рекомендуемые текущими инструкциями.
  • Если вы использовали контейнер для еды или посуду для проведения экспериментов, немедленно выбросьте их. Они больше не пригодны для хранения пищи.
Информация о первой помощи
  • В случае попадания реагентов в глаза тщательно промойте глаза водой, при необходимости держа глаз открытым. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае проглатывания реагентов промойте рот водой, выпейте немного чистой воды. Не вызывайте рвоту. Немедленно обратитесь к врачу.
  • В случае вдыхания реагентов выведите пострадавшего на свежий воздух.
  • В случае контакта с кожей или ожогов промывайте поврежденную зону большим количеством воды в течение 10 минут или дольше.
  • В случае сомнений немедленно обратитесь к врачу. Возьмите с собой химический реагент и контейнер от него.
  • В случае травм всегда обращайтесь к врачу.
Рекомендации для родителей
  • Неправильное использование химических реагентов может вызвать травму и нанести вред здоровью. Проводите только указанные в инструкции эксперименты.
  • Данный набор опытов предназначен только для детей 10 лет и старше.
  • Способности детей существенно различаются даже внутри возрастной группы. Поэтому родители, проводящие эксперименты вместе с детьми, должны по своему усмотрению решить, какие опыты подходят для их детей и будут безопасны для них.
  • Родители должны обсудить правила безопасности с ребенком или детьми перед началом проведения экспериментов. Особое внимание следует уделить безопасному обращению с кислотами, щелочами и горючими жидкостями.
  • Перед началом экспериментов очистите место проведения опытов от предметов, которые могут вам помешать. Следует избегать хранения пищевых продуктов рядом с местом проведения опытов. Место проведения опытов должно хорошо вентилироваться и находиться близко к водопроводному крану или другому источнику воды. Для проведения экспериментов потребуется устойчивый стол.
  • Вещества в одноразовой упаковке должны быть использованы полностью или утилизированы после проведения одного эксперимента, т.е. после открытия упаковки.

Часто задаваемые вопросы

Какой из стаканов мне нужно использовать при приготовлении раствора тимолового синего — пластиковый или стеклянный?

Мы советуем использовать стеклянный стакан в этом опыте. Ничего страшного, если вы уже начали опыт с пластиковым стаканом! Продолжайте опыт с ним.

После добавления воды в стакан цвет раствора остался синим. Все в порядке?

Скорее всего, вы добавили недостаточно воды. Если воды слишком мало в стакане, а вы недостаточно тщательно размешали раствор в стакане, то цвет раствора может не изменяться относительно долго. Понаблюдайте: цвет, в конце концов, должен постепенно начать меняться. Еще вы можете перемешать реактив. В этом опыте обязательно нужно наполнить стакан водой до верхней отметки.

В стаканчик вылилось слишком много раствора. Что мне делать?

Ничего страшного! Возьмите еще один, дополнительный стаканчик, и налейте в него столько раствора, сколько требуется. Потом вы сможете сравнить конечные растворы.

В третьем стаканчике жидкость шипит! Что происходит?

При смешении лимонной кислоты с карбонатом натрия Na2CO3 выделяется углекислый газ CO2. Пузырьки, выделяющиеся в растворе и заставляющие его шипеть, и являются этим газом.

Я не могу вспомнить, в каком стаканчике что. Что мне делать?

Не волнуйтесь и продолжайте опыт. В конце — прямо как настоящий химик! — вы сможете определить состав растворов по их цветам. Если вы захотите повторить опыт, то пронумеруйте стаканчики сразу, чтобы не запутаться.

У меня закончился раствор тимолового синего слишком быстро. Что мне делать?

Вы можете сделать новый раствор тимолового синего в том же самом стакане, а затем добавить недостающее количество в стаканчики.

Цвета растворов в стаканчиках не совсем соответствуют изображениям на карточках. Это нормально?

Цвета растворов зависят от pH, а значение pH может зависеть от различных факторов, таких как температура или концентрация веществ в растворе. Поэтому у цвета каждого из растворов может быть масса своих оттенков. Попробуйте поэкспериментировать: сделайте растворы более яркими (добавьте чуть больше реагента), поменяйте температуру воды и посмотрите, как изменяется цвет. В опыте лучше всего подходит чистая, бутилированная вода без газа. У воды из-под крана, воды с газом или любыми другими добавками зачастую не нейтральное значение pH.

Пошаговая инструкция

Приготовим раствор кислотно-оснóвного индикатора — тимолового синего.

colors-v2_magicliquid_ru_01

Теперь подготовим образцы соединений, по-разному влияющих на значение pH раствора индикатора.

colors-v2_magicliquid_ru_02

Добавим раствор кислотно-основного индикатора ко всем образцам.

colors-v2_magicliquid_ru_03

Кислотно-основные индикаторы — это вещества, которые меняют свой цвет в зависимости от pH раствора. По цвету индикатора можно определить значение pH раствора.

colors-v2_magicliquid_ru_04

Ожидаемый результат

Краситель тимоловый синий придаёт жидкости различную окраску в зависимости от уровня её кислотности.

Утилизация

Твердые отходы эксперимента утилизируйте вместе с бытовым мусором. Растворы слейте в раковину и затем тщательно промойте ее водой.

Что произошло

Что такое pH раствора?

В водных растворах, помимо молекул воды H2, есть множество других молекул и ионов. Важная характеристика раствора — pH (произносится «пэ-аш») — определяется концентрациями ионов водорода H+  и гидроксид-ионов OH .

При избытке гидроксид-ионов OH  значение pH раствора становится выше 7. Такие растворы называются основными или щелочными.

Ионы водорода H+  и гидроксид-ионы OH  вместе образуют воду H2. Поэтому, если нет избытка ни H+, ни OH, то pH раствора будет как у воды — 7. Такие растворы называются нейтральными.

Соответственно, если в растворе избыток ионов водорода H+ , его pH будет меньше 7. Такие растворы называются кислыми.

Как разные вещества влияют на pH?

Многие вещества и вовсе никак не влияют на значение pH раствора, в котором они находятся. Например, ни сахар C12H22O11, ни поваренная соль NaCl не сделают воду более кислой или щелочной. То есть, если мы добавим их в раствор, концентрация ионов H+ или OH не изменится.

А вот другие соединения, растворяясь в воде, напрямую добавляют ионы H+ or OH. Лимонная кислота H3C6H5O7, которую мы использовали в этом опыте, распадается на ионы C6H5O73− и H+. Именно ионы водорода и понижают pH раствора.

Бывают и такие вещества, которые забирают ионы H+ или OH у воды. Например, Na2CO3 в растворе распадается на ионы Na+ и CO32−. Ионы CO32−отбирают H+ у воды и вместе с ними образуют ионы HCO3 . Вследствие этого появляются избыточные ионы OH  и pH раствора повышается.

Где какой pH?

В повседневной жизни нам встречаются вещества с различными значениями pH.

У средства для прочистки труб очень высокое значение pH. Вещества, из которых состоят органические отходы, в сильнощелочной среде становятся неустойчивыми и разрушаются.

Растворенные в морской воде карбонаты (такие как NaHCO3 и Na2CO3 в этом опыте) делают значение pH воды чуть бóльшим 8.

У очень многих напитков pH ниже 7. Даже у тех, которые вовсе не кажутся кислыми!

У желудочного сока низкое значение pH. Именно такая среда нужна пищеварительным ферментам для того, чтобы эффективно переваривать пищу.

Почему меняется цвет жидкости?

Раствор тимолового синего мы добавляли в стаканчики с различными веществами. В результате получились растворы разного цвета, а молекулы тимолового синего, попав в различное окружение, стали вести себя стали по-разному.

Что же произошло в каждом стаканчике? Обозначим тимоловый синий как «Ind» (от англ. indicator — «индикатор»).

В первый стаканчик мы добавили 5 капель водного раствора гидросульфата натрия NaHSO4. В воде он бодро распадается на три частицы:

NaHSO4 → Na+ + H+ + SO42-

В результате в растворе становится много протонов (ионов водорода H+). Из-за большого количества протонов H+ повышается кислотность раствора, а весь тимоловый синий (Ind2− — синий) становится красным H2Ind.

Лимонная кислота C6H8O7 из второго стаканчика тоже распадается в воде, образуя протоны H+. Более того, одна ее молекула может образовать целых три H+! Но, в отличие от NaHSO4, лимонная кислота делает это так неохотно, что в растворе оказывается значительно меньше H+, чем в первом стаканчике. Поэтому часть тимолового синего становится красной H2Ind, а часть — желтой HInd. Смесь желтого и красного цветов, как и в обычных красках для рисования, дает нам оранжевый.

В третьем стаканчике смесь лимонной кислоты C6H8O7 и карбоната натрия Na2CO3 образует еще меньше протонов H+. Поэтому весь тимоловый синий в таком окружении становится желтым HInd. Среда раствора становится близкой к нейтральной. Казалось бы, такой же среды можно было бы добиться просто оставить воду как есть. Однако даже чистая питьевая вода содержит небольшое количество углекислого газа CO2, который делает ее слегка кислой. Именно поэтому мы используем смесь лимонной кислоты и карбоната натрия. Кстати, когда эти два вещества смешиваются, образуется углекислый газ, из-за которого смесь пузырится.

А вот в четвертом стаканчике гидрокарбонат натрия NaHCO3 распадается на Na+, H+ и CO32-. Раствор этой соли слегка щелочной. Поэтому мы получаем зеленоватый цвет раствора из желтого HInd и синего Ind2−.

В пятом стаканчике тимоловый синий присутствует в виде Ind2- и имеет, в соответствии со своим названием, синюю окраску, которая указывает на щелочную среду раствора . При взаимодействии карбоната натрия Na2CO3 с водой образуются гидроксид-ионы, ответственные за создание щелочной среды:

Na2CO3 + H2O → 2Na+ + HCO3 + OH

Это интересно

Почему нейтральная среда — это рН=7, а не 0?

Это значение появляется из формулы для расчета pH воды. В чистой воде ([H+]·[OH] или H2O) при комнатной температуре концентрации ионов водорода (H+) и гидроксид-ионов (OH) одинаковы и равны 10−7 моль в 1 литре воды. А если на каждый отрицательно заряженный ион приходится положительный, то вместе они дают нейтральную реакцию. Это как смешать черную и белую краску, и в итоге получить нейтральный серый цвет.

Когда мы добавляем в воду кислоту, она отдает в раствор дополнительные ионы водорода H+. В результате ионов водорода H+ оказывается больше, чем OH, и раствор становится кислым. Но почему значение рН падает, если в растворе больше ионов водорода? Всё дело в формуле: значение рН обратно концентрации H+. Поэтому чем больше ионов водорода, тем ниже будет цифра значения рН. Получается, что рН=7 — точка отсчета для кислотно-основных реакций. Это значение может меняться в обе стороны (уменьшаться когда среда становится кислой и увеличиваться, если она становится щелочной).