Meniškai susipažįstame su antocianinų rašalais Teach article

Vertė Urtė Neniškytė. Rašalų, keičiančių spalvą priklausomai nuo pH, ruošimas iš vaisių ir daržovių yra kūrybingas kopūstinio indikatoriaus eksperimento variantas.

Figure 1: General structure of anthocyanin, in which R and R' are H, OH, or OCH3 and R'' is a sugar unit
1 paveikslas: Apibendrinta
antocianinų struktūra, kurioje
R ir R’ gali būti H, OH arba
OCH3, o R“ yra cukraus
molekulė.

Paveikslas publikuojamas
Gustavo Giraldi Shimamoto ir
Adrianos Vitorino Rossi leidimu

Ilgą laiką prieš atsirandant sintetiniams dažams ir pigmentams, gaminant paprastus, bet veiksmingus dažus buvo naudojami gamtiniai produktai (kaip aprašyta Farusi, 2012) – mes vis dar galime juos pamatyti priešistorinių ir išnykusių civilizacijų piešiniuose. Šie gamtiniai dažai gali būti mineralinės kilmės arba iš augalų ekstraktų; šioje užduotyje dėmesį sutelksime į tam tikrą augalų, turinčių antocianinų (ACY, 1 paveikslas), grupę.

Gamtiniai dažai dažnai yra ne tokie stabilūs kaip dauguma sintetinių dažų, jie keičia spalvą arba suyra veikiami aukštos temperatūros, šviesos, pH pokyčių ir oksiduojančių medžiagų. Dėl to juos galima įdomiai pritaikyti pamokose: dirbdami su pradinukais mes antocianinus panaudojome kaip dažiklius ruošdami į pH reaguojantį rašalą.

Spalvos kilmė

Antocianinai yra organiniai junginiai, dėl kurių įvairių vaisių ir daržovių rūšių žiedai, vaisiai, lapai ir šaknys nusidažo oranžine, raudona, violetine, mėlyna ar beveik juoda spalva. Antocianinų molekulėje yra žiedinių struktūrų, kurios sugeria šviesą ir taip veikia tarsi apsauga nuo saulės, mažinanti saulės poveikį augalo ląstelėms. Šviesa, kuri dėl savo bangos ilgio nėra sugeriama antocininų, yra atspindima ir todėl žiedai ar vaisiai atrodo spalvoti. Šios spalvos taip pat pritraukia apdulkinančius vabzdžius ir sėklas paskleidžiančius gyvūnus ir todėl yra svarbios augalų dauginimuisi.

Antocianinų tirpalas keičia savo spalvą priklausomai nuo terpės pH, todėl gali būti naudojamas kaip gamtinis pH indikatorius (2 paveikslas). Paprastai antocianinai yra raudonos spalvos rūgštiniuose tirpaluose ir mėlynos spalvos šarminiuose tirpaluose, tačiau galimos ir kitos spalvos, priklausomai nuo pH ir konkretaus antocianino bei jo šaltinio. Taip yra todėl, kad pridėjus ar pašalinus vandenilio jonus (H+) keičiasi pigmento molekulės struktūros elektroninės savybės ir dėl to pasikeičia pigmento sugeriamos šviesos bangos ilgis. Ši savybė suteikia mums galimybę pritaikyti augalų ekstraktus nustatant namų apyvokos priemonių pH ir rūgščių/bazių titravimo pabaigos tašką, kaip aprašyta garsiajame kopūstinio indikatoriaus eksperimente (Terci & Rossi, 2002; Rossi & Shimamoto, 2010). Antocianinų spalvų įvairovė taip pat gali būti tyrinėjama ruošiant rašalą tapybai teptukais, antspaudams ar šilkografijai.

Figure 2: Simplified representation of the chemical equilibrium responsible for the change in the colour of the anthocyanin ink
2 paveikslas: Supaprastinta cheminė pusiausvyra, dėl kurios kinta antocianinų rašalo spalva
Paveikslas publikuojamas Gustavo Giraldi Shimamoto ir Adrianos Vitorino Rossi leidimu

Kas yra rašalas?

Rašalai yra dažų ar pigmentų mišiniai su rišamąja medžiaga, kuri padeda rašalui prikibti prie dažomo paviršiaus. Šios paprastos sudėties mišiniai buvo naudojami tūkstančius metų, tačiau dėl chemijos pažangos ir naujų technologinių alternatyvų šiuolaikiniai rašalai yra žymiai įmantresni, begalinių spalvų variantų ir įvairių savybių, tokių kaip gebėjimas prikibti prie blizgaus popieriaus ar kiaušinio lukšto.

Esminis rašalo komponentas yra medžiaga, suteikianti spalvą – pigmentas arba dažas. Pigmentas yra smulkiai sutrinta kieta medžiaga, netirpstanti rašale ir sudaranti dispersiją, kuri be spalvos papildomai suteikia nepermatomumo, stiprumo bei kitų savybių, o dažais paprastai vadinami junginiai, tirpstantys rašalo terpėje. Mūsų rašale antocianinų ekstraktas yra pigmentas.

Antocianinų rašalas tapybai, antspaudams ar šilkografijai

Priemonės

Changing the colour of the paintings with vinegar solution
Paveikslų spalva keičiama
acto tirpalu

Paveikslas publikuojamas
Gustavo Giraldi Shimamoto ir
Adrianos Vitorino Rossi leidimu
  • Vaisiai ir daržovės, turintys antocianinų, tokie kaip gervuogės, vynuogės, braškės, mėlynės, avietės ar raudonasis kopūstas.
  • 94 % etanolis (tūrio procentais)
  • Filtrinis popierius (taip pat gali būti naudojami kavos filtrai)
  • Petri lėkštelės
  • Vanduo
  • Popierius braižybai (aukštos kokybės, tvirtas, didesnio nei 50 g/m-2 tankio rašomasis popierius)
  • Antspaudai, dažymo voleliai ar teptukai
  • Actas
  • Universalios šarminių savybių valymo priemonės

Darbo eiga

  1. Sutrinkite vaisius ar daržoves ir, pridėję etanolio santykiu 1 : 3 (svoris : tūris), maišykite 30 minučių.
  2. Nufiltruokite per filtrinį popierių ir išpilstykite filtratą į Petri lėkšteles.
  3. Išdžiovinkite antocianinų ekstraktą palikę neuždengtas Petri lėkšteles tamsoje, kol nugaruos tirpiklis (2 dienas). Norint pagreitinti garavimą, pro lėkšteles galima pūsti šaltą orą arba galima jas padėti į traukos spintą ar po gartraukiu.
  4. Antocianinų ekstraktui išdžiūvus (jis atrodys išblukęs), išmaišykite jį vandenyje, apytiksliu santykiu 1 : 10 (svoris : tūris).

Taip paruoštą rašalą galite naudoti su teptukais ar antspaudais arba šilkografijai. Kadangi šis rašalas yra pH indikatorius, jo spalvą galima keisti pridėjus rūgštinių ar šarminių tirpalų. Rūgštinį tirpalą (actą) ar šarminį tirpalą (praskiestą universalų valiklį) galima teptuku užtepti ant popieriaus, nudažyto rašalu, arba galima apšlakstyti piešinius rūgštiniais ar šarminiais tirpalais, kad jie pakeistų savo spalvą. Taip pat galima imituoti nematomą rašalą: rašyti arba piešti bespalviais rūgštiniais ar šarminiais tirpalais ir tuomet išryškinti žinutę apšlakstant antocianinų rašalu. Ant braižybos popieriaus užtepus antocianinų rašalo, piešiniai apdžiūsta per maždaug vieną minutę.

 

Saugos patarimas

Naudodami rūgštinius ar šarminius tirpalus, laikykitės vietinių saugos taisyklių; gali būti reikalingi apsauginiai akiniai.

 

Apie tai, kas vyksta

Changing colours with different pH solutions. (a) Initial colour print, (b) after acid treatment, and (c) after alkali treatment
Spalvos keičiamos skirtingo
pH tirpalais. (a) Pradinės
spalvos atspaudas, (b) po
apdorojimo rūgštimi ir (c) po
apdorojimo šarmu

Paveikslas publikuojamas
Gustavo Giraldi Shimamoto ir
Adrianos Vitorino Rossi leidimu

Antocianinų ekstraktai yra gamtiniai pH indikatoriai tiek tirpale, tiek ant popieriaus. Spalvos pokytis gali būti paaiškintas sąveika tarp antocianinų molekulių ant rašalu impregnuoto popieriaus ir acto rūgšties ar universalaus valiklio šarmų.

Rašalo spalva pokytis siejamas su chemine pusiausvyra (supaprastintai pavaizduota 2 paveiksle). Antocianinai yra organiniai junginiai, turintys keletą pakaitų, kurie gali prisijungti ar prarasti H+ joną, priklausomai nuo tirpalo pH, ir taip sudaryti skirtingų spalvų tirpalus. 2 paveiksle pateiktos trys pagrindinės spalvos, kadangi su antocianinų dažais buvo naudojamos trys terpės: rūgštinė, neutrali ir šarminė. Naudojant skirtingų pH tirpalus galima palyginti skirtingų dažų savybes.

Jaunesni vaikai (iki 11 metų amžiaus) gali naudoti antocianinų rašalą piešimui ir dažymui. Vyresni vaikai (nuo 11 metų) arba prižiūrintys suaugusieji gali naudoti actą (rūgštį) arba praskiestą valiklį (šarmą), kad pakeistų piešinį ir įtrauktų grupę į diskusiją. Galite lengvai pakeisti šio preparato sudėtį ir taikymo būdus, jam nereikalingi toksiniai reagentai, jį naudojant nesusidaro atliekų, kurias reikėtų apdoroti prieš išmetant.

Pagrindinis šios smagios užduoties tikslas yra sužadinti smalsumą, tačiau šie nuo pH priklausomi rašalai gali būti ruošiami iš bet kokių vaisių ar daržovių, turinčių antocianinų, todėl juos galima pritaikyti tarpdalykiniams užsiėmimams, kuriuose švietimas apie aplinkos apsaugą yra derinamas su vietinėmis vertybėmis. Ruošdami šiuos rašalus galite aptarti gamtą, aplinką, bioįvairovę ir racionalų jų naudojimą, išgaunant norimus produktus.

Padėka

Autoriai dėkoja San Paulo tyrimų fondui (FAPESP) už finansinę paramą.

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

Resources

  • Gražioji chemija – Kinijos interneto svetainė, kurioje pateikiama filmukų ir nuotraukų, kaip augalai keičia savo spalvą priklausomai nuo pH.
  • Antocianinai taip pat gali būti naudojami gaminant dažais jautrintus saulės elementus, kaip aprašyta šioje mokomojoje užduotyje:
  • Jeigu jums patiko šis straipsnis, jus galėtų sudominti šis knygos skyrius:
    • Salamão AA, et al (2010) Jogo pedagógico que explora a propriedade indicadora de pH de extratos de antocianinas de espécies brasileiras. Publikuota knygoje de Rezende CM, Braibante HTS (eds) A Química Perto de Você – Experimentos de baixo custo para a sala de aula do Ensino Fundamental e Médio 35–43 psl. Cidade Universitária, San Paulo, Brazilija: Sociedade Brasileira de Química. ISBN: 9788564099005 [portugališkai]. Šią e-knygą galite parsisiųsti nemokamai.

Author(s)

Gustavo Giraldi Shimamoto yra analizinės chemijos programos doktorantūros studentas Campinas valstybiniame universitete (Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP) San Paule, Brazilijoje, ir dirba Branduolių magnetinio rezonanso laboratorijoje.

Adriana Vitorino Rossi įgijo daktaro laipsnį UNICAMP ir dabar yra profesorė šio universiteto Chemijos institute. Ji dirba analizinės chemijos ir cheminio lavinimo srityse ir kuruoja UNICAMP Analizinės chemijos tyrimų ir švietimo grupęw1.


Review

Tai naujoviškas būdas pateikti tradicines mokslo žinias pamokos metu ar mokslo būrelyje.

Straipsnio įvadas galėtų būti naudojamas kaip teksto suvokimo užduotis, o pats straipsnis galėtų būti pritaikytas paskatinti diskusijai apie rūgštis, šarmus ir indikatorius, cheminę ekstrakciją, augalų tyrimus, mokslą ir meną.


Tim Harrison, Bristol ChemLabS, University of Bristol, Jungtinė Karalystė




License

CC-BY-NC-SA