Цель урока: расширить и углубить знания учащихся о способах разделения смесей, изучить химические свойства хлорофилла.

Задачи урока:

Образовательные : помочь детям систематизировать знания о методах разделения смесей, познакомить с химическими свойствами хлорофилла; научить применять знания в жизни.

Развивающие: (формирование и развитие образовательных компетенций):

а) учебно-познавательных: развитие навыков самостоятельной познавательной деятельности; умения ставить познавательную задачу (целеполагание), умения добывать знания, выделять главное, обобщать, делать выводы, проводить самопроверку и самооценку;

б) коммуникативных: навыков работы в паре, взаимодействия с другими людьми, умения ответить на поставленный вопрос;

в) информационных: проводить материальное и знаковое моделирование, выделять существенные признаки результата разделения смесей, извлекать необходимую информацию из проводимого эксперимента; оформлять и представлять результаты своей работы.

Воспитательные: Воспитание жизненно необходимых качеств: воспитывать сознательное отношение к учебному труду, самостоятельности, работоспособности каждого для общего результата работы в группе, внимательности в выполнении нового вида деятельности, коллективизма; развивать интерес к знаниям.

Здоровьесберегающие: правила безопасного обращения с веществами.

Структура урока

I. Мотивация

Учитель: Очень – очень давно, еще в 10 в. до н.э., на дне Средиземного моря, вблизи Тира – легендарного города в древней стране Финикии, воздвигнутого на скале у побережья нынешней Сирии, – люди ловили улиток – иглянок, так называемых “багрянок ” вида Murex brandaris. и Murex trunculus, живущих в водах Средиземного моря, у берегов Сирии, Греции и Африки.

Сотням рабов приходилось из дня в день нырять за этими улитками в море. Другие рабы выдавливали их, растирали с солью и подвергали дальнейшей переработке, состоявшей из многих операций. Добытое вещество вначале было белым или бледно – желтым, но под действием воздуха и солнечного света постепенно становилось лимонно – желтым, затем зеленым и, наконец, приобретала великолепную фиолетово – красную окраску. Полученный пурпур чудесная краска, напоминавшая пламя, – в течение нескольких веков был самым ценным из всех красителей. Он был тогда символом власти – право носить окрашенные пурпуром одеяния было привилегией правителей и ближайших к ним знатных особ. Правители строго следили за тем, чтобы “императорский” (а позднее “кардинальский”) пурпур не появлялся на одеждах простолюдинов.

Окрашивание только одного квадратного метра ткани красителем, добытым таким способом, стоило баснословных средств. Ведь для получения одного грамма пурпура нужно было обработать десять тысяч улиток.

За 1500 лет до н. э. финикияне применяли пурпур для окраски тканей, ковров и вели в значительных размерах торговлю пурпуром. Столица Финикийского царства, г. Тир, был в то время основным центром производства пурпуровой краски. Методы ее получения финикияне заимствовали у египтян…

Ребята, скажите, пожалуйста, о чем повествует эта история?

(Выделять нужные вещества из смесей и использовать их в своих целях люди умели очень давно)

В рассказанной истории ткани организма улиток – иглянок (Murex brandalis) содержали особый пигмент – пурпур. Что означает это слово?

Пигменты (лат. Pigmentum –краска) – это окрашенные вещества тканей организма. Их химическая природа различна. Они есть во всех клетках и выполняют перенос кислорода и углекислого газа.; участвуют в окислительно-восстановительных процессах – фотосинтезе и акте зрения.

Они могут служить светофильтрами, теплоизоляторами, маскировочным материалом, приспосабливая к среде организм тонко и гармонично.

Некоторые пигменты являются провитаминами: желто-оранжевые пигменты растений – каротиноиды и флавоноиды – предшественники витаминов А и Р.

Цвет пигментов зависит от особой группы атомов, поглащающих свет от определенной длины волны в видимой части спектра.

Эта часть молекулы пигмента называется хромофорной. В ней подвижные электроны легко переходят на энергетически более высокую орбиталь. Поэтому пигменты необходимы всюду, где один вид энергии превращается в другой. Животные и растения имеют немало сходно устроенных пигментов.

Хромопротеины – имеют в своем составе комплекс белка, порфириновые кольца и металл.

Пигмент крови – гемоглобин – содержит в этом кольце атом железа, хлорофилл – магния.

Пигменты животных – меланины – коричневый, черный, желтый – окрашивают кожу, волосы, сетчатку глаза, покровы насекомых.

В мире нет практически чистых веществ, все вещества в своем составе имеют примеси. И все-таки, любые смеси можно разделить. Какие способы разделения веществ вы знаете?

– отстаивание
– фильтрование
– перекристаллизация
– декантация
– хроматография

Слово “хроматография” означает: “хромо” – цвет, “графо” – пишу. В XIX веке чрезвычайное интеллектуальное удовлетворение ученым доставило обнаружение смысла зеленой окраски растений. Оказывается, растения поглощают свет и поглощенную энергию используют для синтеза питательных веществ! Нужно было выделить и очистить пигменты зеленого листа – хлорофиллы. А они так близки по свойствам, что разделить их не удавалось.

Михаил Семёнович Цвет является творцом этого метода анализа, открывшего широчайшие возможности для тонкого химического исследования. В XIX веке чрезвычайное интеллектуальное удовлетворение ученым доставило обнаружение смысла зеленой окраски растений. Оказывается, растения поглощают свет и поглощенную энергию используют для синтеза питательных веществ! Нужно было выделить и очистить пигменты зеленого листа – хлорофиллы. А они так близки по свойствам, что разделить их не удавалось.

Михаил Семенович Цвет бился над задачей разделения пигментов зеленого листа. Он взял стеклянную трубку, наполнил ее порошком мела и на верхний слой налил немного спиртового экстракта листьев. Экстракт был буро-зеленого цвета, и такого же цвета стал верхний слой меловой колонки. А затем Михаил Семенович начал по каплям лить сверху в трубку с мелом чистый спирт. Капля за каплей очередная его порция растворяла пигменты с крупинок мела, передвигаясь вниз по трубке. В результате в столбике мела получались однородные окрашенные полосы чистых веществ. Это было прекрасно. Ярко-зеленая полоса, полоса чуть желтее зеленого – это два вида хлорофиллов и яркая желто-оранжевая полоса каротиноидов. Цвет назвал эту картину хроматограммой.

(Трудно удержаться от улыбки: Цвет – хромос, хроматограмма – цветограмма.)

Метод был так странно прост, что большая часть современников или не восприняла это удивительное открытие, или, что еще печальнее, резко восстала против его автора.

Молчание длилось почти 30 лет...

В 1944 году английские химики предложили метод бумажной хроматографии. Сегодня использование принципа хроматографического разделения веществ – основа большинства достижений в науке и технике.

II. Целеполагание

Сегодня, ребята, вам предстоит освоить два способа разделения пигментов. Давайте представим, что вы сегодня проводите небольшой научный эксперимент по выделению пигментов из растений. Но прежде чем вы начнете работу, четко определите для себя:

Цель и задачи урока (ребята формулируют самостоятельно, учитель помогает и корректирует):

Расширить и углубить наши представления о пигментах как особых веществах живой клетки, способах разделения смесей, о способах выделения из смеси нужного вещества.

– Кроме того, каждая группа формулирует для себя:

• рабочую гипотезу
• ожидаемый результат

(Ученикам приходилось и ранее делать подобное; если же на уроке учитель впервые дает задание сформулировать гипотезу и предположить результат – этот момент тщательно прорабатывается учителем; учитель поясняет, что такое гипотеза и как ее правильно сформулировать)

Каждой группе после выполнения работы будет представлено слово для отчета о выполненной работе и ее результатах.

– Для начала познакомьтесь с инструкцией по выполнению работы, которая находится у вас на рабочем столе. Помните о технике безопасности при работе с химическими реактивами.

III. Работа с инструкционной картой и выполнение практической части урока

Алгоритм работы в группе:

(раздается каждой группе на рабочий стол)

1. Внимательно изучи инструктивную карту.
2. Обратись к учителю за пояснениями, если что-либо непонятно.
3. Сформулируй гипотезу и предположи результат работы.
4. Выполни работу.
5. На хроматограмме определи типы пигментов и отметь их расположение.
6. Составь по работе отчет и пoдготовь выступление.

По всем неясным вопросам, возникающим во время работы не стесняйся обращаться за помощью к учителю!Удачи!

ИНСТРУКЦИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

(Раздается каждой группе на рабочий стол)

1. РАЗДЕЛЕНИЕ ПИГМЕНТОВ ПО КРАУСУ

“Нет ничего практичнее хорошей теории”

Роберт Кирхгоф, нем. физик

Метод основан на различной растворимости пигментов в спирте и бензине. Сродство пигментов к полярным (спирт, ацетон) и неполярным (бензин) растворителям определяется степенью их полярности.

Ксантофиллы, содержащие две или более полярные группы, хорошо растворимы в спирте, в то время как каротин отличается более высоким сродством к бензину. Фитольный остаток в молекуле хлорофилла представляет собой ее гидрофобную часть и обуславливает возможность взаимодействия молекулы пигмента с бензином. Удаление фитола при омылении хлорофилла увеличивает сродство пигмента к полярным растворителям.

ХОД РАБОТЫ

Убедиться в том, что в спиртовой вытяжке наряду с хлорофиллом присутствуют жёлтые пигменты, можно, используя их различную растворимость в спирте и бензине. Из пигментов группы каротиноидов в хлоропластах находится преимущественно жёлто-оранжевый каротин и золотисто-жёлтый ксантофилл. Все пигменты можно выделить из листа спиртом, но растворимость хлорофилла и каротина в бензине выше, чем в спирте. Ксантофилл в бензине не растворяется.

Методика проведения опыта:

В пробирку налейте 2 – 3 мл вытяжки, столько же бензина и 1 – 2 капли воды. Закрыв пальцем пробирку, взболтайте в течение 2 – 3 мин. Через некоторое время жидкость разделится на 2 слоя: бензин, как более легкий, окажется наверху, спирт – внизу. Оба слоя приобрели различную окраску: бензиновый – зеленую, спиртовой – жёлтую. Жёлтый цвет спиртовому раствору придает пигмент ксантофилл. В бензиновом слое находятся 2 пигмента: хлорофилл и каротин, который не заметен из-за интенсивно-зеленого цвета хлорофилла.

Действие щелочи на хлорофилл.

По химическому составу хлорофилл представляет сложный эфир дикарбоновой кислоты хлорофиллина. Хлорофиллин представляет собой азотосодержащее металлоорганическое соединение, относящееся к магний-порфиринам. В центре молекуле хлорофилла расположен атом магния, который соединён с четырьмя азотами пиррольных группировок. В пиррольных группировках хлорофилла имеется система чередующихся двойных и простых связей. Это и есть хромофорная группа хлорофилла, обуславливающая его окраску.

При взаимодействии сложных эфиров со щелочами (реакция омыления) происходит разрыв сложноэфирных связей с образованием соли данной кислоты и спиртов. В результате реакции омыления образуется соль хлорофиллина и 2 спирта: метиловый и фитол.

Методика выполнения эксперимента:

Налейте в пробирку 2 – 3 мл спиртовой вытяжки пигментов, добавьте 4 – 5 капель 20%-ного раствора щелочи и взболтал смесь. Произошла реакция взаимодействия хлорофилла со щелочью. Цвет раствора не изменился, так как соли хлорофиллина имеют зеленую окраску. Затем добавьте бензин, чтобы общий объем жидкости в пробирке увеличился в 2 раза, взболтайте и дайте отстояться.

Нижний спиртовой слой окрасился в зеленый цвет благодаря присутствию в нём натриевой соли хлорофиллина, которая, в отличие от хлорофилла, в бензине не растворима. Здесь же, в спиртовом слое, находился пигмент ксантофилл, но его окраска маскируется интенсивно зелёным цветом натриевой соли хлорофиллина. Верхний слой бензина окрашен в жёлтый цвет пигментом каротином.

Опыты по разделению пигментов спиртовой вытяжки листа показывают, что она содержит два жёлтых пигмента: каротин и ксантофилл. Количественное соотношение их в растениях примерно равное.

Химические свойства хлорофилла

Наличие магния можно легко обнаружить. Для этого надо подействовать на спиртовую вытяжку хлорофилла слабым раствором соляной или какой-либо другой кислоты. При этом произойдёт изменение окраски – вытяжка приобретает жёлто-бурый оттенок. Хлорофилл без магния получил название феофитина.

В молекуле феофитина сравнительно легко ввести обратно какой-нибудь металл и восстановить металлоорганическую связь. Для этого к раствору феофитина прибавляют ацетат меди или ацетат цинка и нагревают. Цинк или медь входят в молекулу хлорофилла, и вытяжка становится опять зелёного цвета.

Методика проведения эксперимента:

1. В пробирку со спиртовой вытяжкой хлорофилла добавьте разбавленный раствор соляной кислоты (1:20) до изменения цвета спиртовой вытяжки (бурый оттенок). Образовался феофитин. (Спиртовая вытяжка – 5 мл, соляная кислота – 25 капель). Пробирку необходимо постоянно встряхивать.
2. К раствору феофитина, полученному в первом опыте добавьте кристаллический ацетат цинка 0,1 г (избыток) и нагрейте на водяной бане в течение 5 минут. Раствор приобрел опять зелёное окрашивание. Образовался хлорофилл.

2. РАЗДЕЛЕНИЕ КРАСИТЕЛЕЙ ИЗ РАСТЕНИЙ МЕТОДОМ БУМАЖНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ.

Вначале приготовьте раствор красителя. Для бумажной хроматографии его понадобиться менее 10-15 капель. Достаточно растереть два маленьких листочка и для извлечения из них красящих веществ добавить 2 мл пропанона (ацетона).

Выберем восходящую хроматографию. Вырежьте из бумаги полоску шириной 1 см. На одном конце сделайте полоску поуже, чтобы получился вытянутый “язычок”. Над тем местом, где полоска начинает сужаться, простым карандашом нанесите линию старта. На середину этой линии нанесите одну за другой несколько капель приготовленной вытяжки хлорофилла. Каждую следующую каплю можно наносить только после того, как высохнет предыдущая, и нужно следить, чтобы пятно на старте не получилось слишком большим. Поэтому раствор нанесем на бумагу пипеткой с тонко оттянутым концом. Для ускорения высушивания можно поместить полоску на нагретый кусок листового металла или асбеста, либо выдержать ее в сушильном шкафу. Капли нужно наносить до образования на линии старта пятна интенсивного зеленого цвета. Подвесьте полоску бумаги в пробирке так, чтобы язычок на 1 см был погружен в растворитель (петролейный эфир, толуол, бензин). Под действием капиллярных сил растворитель будет подниматься по бумаге, а вместе с ним будут подниматься и красители. Но продвигаться по бумаге они будут с различной скоростью.

Медленнее всех поднимается желто-зеленый хлорофилл b, быстрее – ксантофилл и еще быстрее сине-зеленый хлорофилл а. С фронтом растворителя поднимается желтый или оранжевый каротин. После высушивания язычок бумажной полоски погружают в 2Н cоляную кислоту.

IV. Обсуждение результатов эксперимента

Примерный план отчета

(Раздается каждой группе)

– Что изучалось?

(Постановка проблемы исследования, цели и задачи).

– Как изучалось?

(Описание методов исследования)

– Какие результаты были получены?

(Основные выводы).

После выполнения экспериментальной части работы ребята работают с полученными хроматограммами, находят каждый из пигментов на своей хроматограмме и выступают с отчетами о своей работе. Хроматограммы прилагаются в отчете.

Работая самостоятельно в группах, ребята разработали каждая свою гипотезу, цели и задачи работы, ожидаемый результат.

Так, одна из групп предложила следующее:

Цель: Разделить пигменты методом хроматографии на бумаге и при помощи двух несмешивающихся жидкостей.

1. Вспомнить все способы разделения смесей.
2. Научиться готовить вытяжку из листьев растений.
3. Отработать навыки разделения пигментов различными способами.
4. Научиться анализировать хромотограммы.
5. Отметить на хроматограмме типы пигментов.
6. Оценить совершенную работу и полученный результат.

Гипотеза:

Если мы выделим и разделим пигменты растений, то мы установим, какие типы пигментов содержат данные нам растения.

Ожидаемый результат:

Получить хроматограммы с разными типами пигментов.

Следующая группа предложила свой вариант:

Цель: Научиться различным способам разделения пигментов, в частности – при помощи несмешивающихся жидкостей и на специальной хромотографической бумаге.

1. Усвоить способ получения вытяжки пигментов из растений.
2. Научить распознавать типы пигментов.
3. Научиться анализировать хроматограмму.
4. Научиться читать хроматограмму.

Гипотеза:

Если мы получим хроматограмму, то, прочитав ее, мы сможем выяснить, какие пигменты есть в растении.

Ожидаемые результаты:

Выделить и получить пигменты, содержащиеся в растении.

V. Рефлексия урока

Учитель задает вопросы ученикам:

– Что вас удивило? Что интересного заметили? Какие вы видите факты?

– Вы смогли выполнить задание? В чем затруднение?

– Вы смогли выполнить задание? Почему не получается? Чем это задание похоже на предыдущее?

– Что вы хотели сделать? Какие знания применили? Задание выполнено?

– Что на уроке было самым интересным?

– Что вызывало затруднения?

– Что у вас вызвало удивление?

– Какие вы выскажите пожелания учителю и друг другу?

– Как вы оцениваете свою работу?

Ребята высказывают свои мнения и пожелания.

Список использованной литературы:

1. Энциклопедический словарь юного химика. Москва. "Педагогика". 1990.
2. Э. Гроссе. Х. Вайсмантель. Химия для любознательных. Ленинград. "Химия". Ленинградское отделение. 1987 год.
3. В.И. Астафуров. Основы химического анализа. Москва. Просвещение. 1983 год.
4. А.П.Крешков Основы аналитической химии, – Москва, “Химия”, 1970
5. И.И.Грандберг Органическая химия, – Москва, “Дрофа”, 2002
6. Н.В.Батурицкая, Т.Д.Фенчук Удивительные опыты с растениями, – Минск, “Народная асвета”, 1991, с. 54 – 61.
7. Э.Е.Нифантьев, М.К.Верзилина, О.С.Котлярова Внеклассная работа по химии с использованием хроматографии, – Москва, “Просвещение”, 1983, с.7 – 8.

) . Пост очень длинный.
Надеюсь, вы запаслись необходимыми ингредиентами? Сегодня мы будем извлекать хлорофилл. В разных книгах и фильмах о магических лабораториях, обязательно есть сосуд заполненный светящейся зеленой жидкостью, над которой дымится сизоватый туман...
На самом деле это не столь далекая от реальности волшебная картинка. Но не буду забегать вперед.

Получение хлорофилла и изучение его свойств

Цель: извлечение хлорофилла из зеленых растений для изучения его свойств.

Материалы и оборудование :

2-3 листочка комнатного растения (герани, традесканция, подойдут и другие зеленые растения, но избегайте брать ядовитые, например, алоказию). Листья нужно брать темно-зеленые, с большим содержанием хлорофилла.

15 мл медицинского спирта (в идеале 95%, но сгодится и 70%, тогда немного увеличим спиртовой объем). Если вы решите делать опыт 3, то есть смысл сделать экстракта побольше.

Мел - небольшой кусочек.

Фарфоровая посуда с фарфоровым пестиком, ложкой (в идеале фарфоровая ступка с пестиком)

Маленькая воронка, для процеживания.

Фильтровальная бумага (можно попробовать заменить плотной салфеткой )

Пробирки и небольшой стаканчик.

Фонарик.

Черная бумага (для оборачивания пробирки), клей, резиночка или скотч для закрепления.

Ножницы, нож.

Опыт 1. Экстракция хлорофилла

Ход работы:

Экстрагирование - это выделение вещества под действием растворителя. Экстракция хлорофилла проводится спиртом, так как именно в нем, зеленый пигмент растворяется. В основе этого волшебства лежит обыкновенная диффузия.

1. Измельчите листья с помощью ножниц (или ножа), поместите в фарфоровую ступку и растирайте пестиком. Когда масса станет более или менее кашеобразной, добавьте немного спирта, продолжая растирать.
PS: в идеале для лучшего перетирания добавляют крошку стекла, но мы обойдемся и без нее.

У меня нет фарфорового пестика, вместо него я использую фарфоровую солонку. Очень удобно в обращении, как оказалось.

2. Добавьте в массу меловую крошку (маленькую щепотку). Это необходимо, чтобы нейтрализовать кислотность клеточного сока, выходящего из вакуолей. Кислоты клеточного сока обладают способностью разрушать хлорофилл, тогда вытяжка становится непригодной для опытов. А мел исправляет ситуацию.

3. Продолжая растирать кашицу, добавьте постепенно оставшийся спирт. Должен получиться изумрудный цвет жидкости.

4. Процеживаем через воронку с фильтром. Будет очень хорошо если у вас найдется настоящая фильтровальная бумага. Если ее нет, но можно воспользоваться промокашкой (жаль их перестали добавлять в тетради), или плотными салфетками, слоем ваты от ватного диска. Вата поглотит много жидкости. Поэтому, если станете ее использовать, то стоит сделать экстракта побольше. На рисунке ниже показано как правильно сложить фильтр для процесса из промокашки.


Внимание! Когда будете прикладывать фильтр в воронку, не используйте воду, для того, чтобы бумага прилипла к воронке, иначе опыт может не получиться.

Фильтруем в стаканчик. Это займет какое-то время, минут пять или больше. Чтобы как-то занять ребенка в процессе ожидания, можно поиграть в слова, которые любят зеленый цвет. Но вот фильтрация завершилась.
Поздравляю, вы получили фильтрат. Наш фильтрат называется "вытяжка хлорофилла" или его спиртовой экстракт.

Опыт 2. Какого цвета вытяжка хлорофилла?

"Что за странный вопрос!" - возмутитесь вы. Конечно, зеленого! А вот так ли это на самом деле? Будем разбираться.
Ход работы:
1. Поднесем полученный экстракт к черной бумаге напротив окна. Что наблюдаете?

Красивый, правда? Кажется, будто светится изнутри. На самом деле он и правда светится! Это явление флуоресценции - то есть свечение веществ при поглощении ими света. Так вот, вытяжка хлорофилла - флуоресцентный раствор! Удивительно, но кажется, мы с вами раскрыли тайну необычного наполнения алхимической бутылочки со светящимся магическим раствором! Разве не чудо?

2. А теперь ответим на вопрос почему же не стоило смачивать водой фильтр, и почему в опыте используют именно спирт, а не водку. Что будет если мы добавим водички? Отлейте в пробирку немножко полученного экстракта и прибавьте к ней воды, около четверти от объема экстракта. Что наблюдаете?

Стоит добавить водицы, как раствор мутнеет, и больше не светится.

Если же мы прибавим к небольшому количестве экстракта сока лимона (или уксус), то раствор станет болотно-желтый, а если бы мы использовали сильную концентрированную кислоту, то он стал бы бурым. Это происходит потому, что магний, что стоит в центре молекулы хлорофилла, вытесняется водородом из кислоты и вместо хлорофилла формируется феофитин.

А оставшийся экстракт мы применим для изучения свойств флуоресценции. Хочу предупредить, что данный опыт может не получиться, если экстракта мало. Объем необходимый для опыта не менее 10 мл экстракта.

Опыт 3. Флуоресценция хлорофилла

Ход работы:
1. Обернем пробирку трубкой из черной бумаги, чтобы свет не попадал с боков на вытяжку.

2. Поместим источник света (фонарь или лампу) внизу, так, чтобы свет проходил снизу пробирки, а сами будем смотреть на вытяжку сверху.

3. Добавим совсем немного, 1 мл вытяжки в пробирку. Отметим цвет.

4. Добавим еще 2 мл вытяжки к раствору в пробирке. Изменился ли цвет?
Вскоре вы увидите, что цвет из изумрудно-зеленого становится жестче, ближе к холодной синеватой нотке.

5. Еще немного вытяжки добавьте. Отмечайте как изменяется цвет раствора в пробирке, если смотреть на него сверху.

6. Когда вы добавите достаточно много экстракта, то не поверите своим глазам! Раствор станет красноватым, я бы даже его охарактеризовала как черно-красный.... На фотографии цвет искажается.

Чтобы добиться лучшего эффекта, поэкспериментируйте с расстоянием до источника света. Если лампа слишком мощная, то свет будет прошивать пробирку насквозь и эффект будет не заметен.

Объяснение опыта лежит в особенностях поглощения световой волны хлорофилла. Наивысшая степень поглощения света хлорофиллом лежит сине-фиолетовой зоне спектра, с длиной волны 430-460 нм. Второй пик наблюдается в зоне красных лучей (660-650 нм). В зоне оранжевого, желтого и голубого спектра поглощение очень слабое. А в зоне зеленого - поглощение самое слабое, свет отражается, поэтому нам кажется, что растения зеленые.

Однако, абсолютно не поглощаются лишь дальние красные лучи, расположенные на границе с инфракрасной областью. Так вот, когда концентрация хлорофилла растет в пробирке, или в лесу свет вынужден пробиваться сквозь густые многоярусные кроны, в какой-то момент, мы начинаем различать эти дальние красные лучи и угадываем густой цвет спелой черешни.

Опыт 4. Состав хлорофилла

Для этого опыта нам не понадобиться уже ничего делать, все, что остается - это обратить внимание на фильтр. Если вы внимательно присмотритесь к фильтру, то вы увидите, что экстракт хлорофилла растекается по нему неравномерно.

Сине-зеленые разводы сменяются желто-зелеными до желтоватых. Дело в том, что мы с вами, путем наблюдения, установили неоднородность пигмента хлорофилла. У всех высших растений два типа хлорофилла: хлорофилл А будет сине-зеленый, а хлорофилл В - желто-зеленого цвета, а желтые разводы представляют совершенно другие пигменты - каротиноиды. У всех этих пигментов разная способность растворяться и адсорбироваться (оседать, поглощаться) фильтром.

Опыт 5. Магическое зелье

А теперь нальем немного экстракта в фарфоровую посуду, приглушим свет и подожжем, соблюдая все правила ТБ. Гореть, конечно же, будет спирт, но как это эффектно смотрится в сочетании с зеленой вытяжкой хлорофилла....

Если у вас остался флуоресцентный раствор хлорофилла, его можно закупорить в скляночку и хранить как волшебный артефакт.
Вот такая магия биологии зеленого хлорофилла. Однако Фея Зеленкина не прощается с вами.
Продолжение следует....

PS: Информация для тех читателей, которым сложно достать спирт для опытов. Экстрагировать хлорофилл можно еще и бензином.

) . Пост очень длинный.
Надеюсь, вы запаслись необходимыми ингредиентами? Сегодня мы будем извлекать хлорофилл. В разных книгах и фильмах о магических лабораториях, обязательно есть сосуд заполненный светящейся зеленой жидкостью, над которой дымится сизоватый туман...
На самом деле это не столь далекая от реальности волшебная картинка. Но не буду забегать вперед.

Получение хлорофилла и изучение его свойств

Цель: извлечение хлорофилла из зеленых растений для изучения его свойств.

Материалы и оборудование :

2-3 листочка комнатного растения (герани, традесканция, подойдут и другие зеленые растения, но избегайте брать ядовитые, например, алоказию). Листья нужно брать темно-зеленые, с большим содержанием хлорофилла.

15 мл медицинского спирта (в идеале 95%, но сгодится и 70%, тогда немного увеличим спиртовой объем). Если вы решите делать опыт 3, то есть смысл сделать экстракта побольше.

Мел - небольшой кусочек.

Фарфоровая посуда с фарфоровым пестиком, ложкой (в идеале фарфоровая ступка с пестиком)

Маленькая воронка, для процеживания.

Фильтровальная бумага (можно попробовать заменить плотной салфеткой )

Пробирки и небольшой стаканчик.

Фонарик.

Черная бумага (для оборачивания пробирки), клей, резиночка или скотч для закрепления.

Ножницы, нож.

Опыт 1. Экстракция хлорофилла

Ход работы:

Экстрагирование - это выделение вещества под действием растворителя. Экстракция хлорофилла проводится спиртом, так как именно в нем, зеленый пигмент растворяется. В основе этого волшебства лежит обыкновенная диффузия.

1. Измельчите листья с помощью ножниц (или ножа), поместите в фарфоровую ступку и растирайте пестиком. Когда масса станет более или менее кашеобразной, добавьте немного спирта, продолжая растирать.
PS: в идеале для лучшего перетирания добавляют крошку стекла, но мы обойдемся и без нее.

У меня нет фарфорового пестика, вместо него я использую фарфоровую солонку. Очень удобно в обращении, как оказалось.

2. Добавьте в массу меловую крошку (маленькую щепотку). Это необходимо, чтобы нейтрализовать кислотность клеточного сока, выходящего из вакуолей. Кислоты клеточного сока обладают способностью разрушать хлорофилл, тогда вытяжка становится непригодной для опытов. А мел исправляет ситуацию.

3. Продолжая растирать кашицу, добавьте постепенно оставшийся спирт. Должен получиться изумрудный цвет жидкости.

4. Процеживаем через воронку с фильтром. Будет очень хорошо если у вас найдется настоящая фильтровальная бумага. Если ее нет, но можно воспользоваться промокашкой (жаль их перестали добавлять в тетради), или плотными салфетками, слоем ваты от ватного диска. Вата поглотит много жидкости. Поэтому, если станете ее использовать, то стоит сделать экстракта побольше. На рисунке ниже показано как правильно сложить фильтр для процесса из промокашки.


Внимание! Когда будете прикладывать фильтр в воронку, не используйте воду, для того, чтобы бумага прилипла к воронке, иначе опыт может не получиться.

Фильтруем в стаканчик. Это займет какое-то время, минут пять или больше. Чтобы как-то занять ребенка в процессе ожидания, можно поиграть в слова, которые любят зеленый цвет. Но вот фильтрация завершилась.
Поздравляю, вы получили фильтрат. Наш фильтрат называется "вытяжка хлорофилла" или его спиртовой экстракт.

Опыт 2. Какого цвета вытяжка хлорофилла?

"Что за странный вопрос!" - возмутитесь вы. Конечно, зеленого! А вот так ли это на самом деле? Будем разбираться.
Ход работы:
1. Поднесем полученный экстракт к черной бумаге напротив окна. Что наблюдаете?

Красивый, правда? Кажется, будто светится изнутри. На самом деле он и правда светится! Это явление флуоресценции - то есть свечение веществ при поглощении ими света. Так вот, вытяжка хлорофилла - флуоресцентный раствор! Удивительно, но кажется, мы с вами раскрыли тайну необычного наполнения алхимической бутылочки со светящимся магическим раствором! Разве не чудо?

2. А теперь ответим на вопрос почему же не стоило смачивать водой фильтр, и почему в опыте используют именно спирт, а не водку. Что будет если мы добавим водички? Отлейте в пробирку немножко полученного экстракта и прибавьте к ней воды, около четверти от объема экстракта. Что наблюдаете?

Стоит добавить водицы, как раствор мутнеет, и больше не светится.

Если же мы прибавим к небольшому количестве экстракта сока лимона (или уксус), то раствор станет болотно-желтый, а если бы мы использовали сильную концентрированную кислоту, то он стал бы бурым. Это происходит потому, что магний, что стоит в центре молекулы хлорофилла, вытесняется водородом из кислоты и вместо хлорофилла формируется феофитин.

А оставшийся экстракт мы применим для изучения свойств флуоресценции. Хочу предупредить, что данный опыт может не получиться, если экстракта мало. Объем необходимый для опыта не менее 10 мл экстракта.

Опыт 3. Флуоресценция хлорофилла

Ход работы:
1. Обернем пробирку трубкой из черной бумаги, чтобы свет не попадал с боков на вытяжку.

2. Поместим источник света (фонарь или лампу) внизу, так, чтобы свет проходил снизу пробирки, а сами будем смотреть на вытяжку сверху.

3. Добавим совсем немного, 1 мл вытяжки в пробирку. Отметим цвет.

4. Добавим еще 2 мл вытяжки к раствору в пробирке. Изменился ли цвет?
Вскоре вы увидите, что цвет из изумрудно-зеленого становится жестче, ближе к холодной синеватой нотке.

5. Еще немного вытяжки добавьте. Отмечайте как изменяется цвет раствора в пробирке, если смотреть на него сверху.

6. Когда вы добавите достаточно много экстракта, то не поверите своим глазам! Раствор станет красноватым, я бы даже его охарактеризовала как черно-красный.... На фотографии цвет искажается.

Чтобы добиться лучшего эффекта, поэкспериментируйте с расстоянием до источника света. Если лампа слишком мощная, то свет будет прошивать пробирку насквозь и эффект будет не заметен.

Объяснение опыта лежит в особенностях поглощения световой волны хлорофилла. Наивысшая степень поглощения света хлорофиллом лежит сине-фиолетовой зоне спектра, с длиной волны 430-460 нм. Второй пик наблюдается в зоне красных лучей (660-650 нм). В зоне оранжевого, желтого и голубого спектра поглощение очень слабое. А в зоне зеленого - поглощение самое слабое, свет отражается, поэтому нам кажется, что растения зеленые.

Однако, абсолютно не поглощаются лишь дальние красные лучи, расположенные на границе с инфракрасной областью. Так вот, когда концентрация хлорофилла растет в пробирке, или в лесу свет вынужден пробиваться сквозь густые многоярусные кроны, в какой-то момент, мы начинаем различать эти дальние красные лучи и угадываем густой цвет спелой черешни. Вот и ответ на загадку о красном пологе леса!

Опыт 4. Состав хлорофилла

Для этого опыта нам не понадобиться уже ничего делать, все, что остается - это обратить внимание на фильтр. Если вы внимательно присмотритесь к фильтру, то вы увидите, что экстракт хлорофилла растекается по нему неравномерно.

Сине-зеленые разводы сменяются желто-зелеными до желтоватых. Дело в том, что мы с вами, путем наблюдения, установили неоднородность пигмента хлорофилла. У всех высших растений два типа хлорофилла: хлорофилл А будет сине-зеленый, а хлорофилл В - желто-зеленого цвета, а желтые разводы представляют совершенно другие пигменты - каротиноиды. У всех этих пигментов разная способность растворяться и адсорбироваться (оседать, поглощаться) фильтром.

Опыт 5. Магическое зелье

А теперь нальем немного экстракта в фарфоровую посуду, приглушим свет и подожжем, соблюдая все правила ТБ. Гореть, конечно же, будет спирт, но как это эффектно смотрится в сочетании с зеленой вытяжкой хлорофилла....

Если у вас остался флуоресцентный раствор хлорофилла, его можно закупорить в скляночку и хранить как волшебный артефакт.
Вот такая магия биологии зеленого хлорофилла. Однако Фея Зеленкина не прощается с вами.
Продолжение следует....

PS: Информация для тех читателей, которым сложно достать спирт для опытов. Экстрагировать хлорофилл можно еще и бензином.

Цель: ознакомить с порядком выполнения работы; сделать вывод о химических свойствах пигментов листа.

Теоретические сведения. Пигментная система хлоропласта представлена двумя типами пигментов: зелеными – хлорофиллами а и b и желтыми – каротиноидами. Основной функциональный пигмент – хлорофилл а , служит непосредственным донором энергии для фотосинтетических реакций, остальные пигменты лишь передают ему поглощенную энергию.

Ход работы:

Получение спиртового раствора (вытяжки) пигментов. Пигменты из растительной ткани извлекают полярными растворителями (этиловый спирт, ацетон), которые разрушают связь хлорофиллов и ксантофиллов с липопротеидами пластид и обеспечивают их экстрагирование. Сухие листья помещают в коническую колбу на 200 мл и ошпаривают кипятком, затем воду сливают. В колбу приливают 100 мл этилового спирта, закрывают ее корковой пробкой с обратным холодильником и ставят на баню с кипящей водой для экстрагирования пигментов. После пятиминутного кипячения содержимое колбы охлаждают и осторожно сливают в другую колбу. Экстракт используют в последующих опытах.

Разделение пигментов по Краусу. Метод основан на различной растворимости пигментов в спирте и бензине. Указанные растворители в одном сосуде не смешиваются, а образуют две фазы – верхнюю бензиновую, нижнюю спиртовую, благодаря чему компоненты смеси пигментов разделяются.

В пробирку наливают 2-3 мл спиртового экстракта пигментов, и 3-4 мл бензина. Содержимое пробирки встряхивают, закрыв ее пробкой или большим польцем, и отстаивают. По мере расслоения эмульсии бензиновый слой окрашивается в зеленый цвет из-за лучшей растворимости в нем хлорофилла. В бензин переходит и каротин, но его окраска максируется хлорофиллом. Ксантофилл остается в спиртовом слое золотисто-желтой окраски.

Если пигменты не разделяются, добавляют три- четыре капли воды и снова встряхивают. При избытке воды возможно помутнение нижнего слоя. В этом случае следует прилить немного этилового спирта и взболтать пробирку.

Зарисовывают картину распределения пигментов и делают выводы.

Омыление хлорофилла щелочью. Обрабатывая хлорофилл щелочью, можно вызвать омыление эфирных групп, т.е. отщепление остатков метилового спирта и фитола:

Образующаяся при этом соль хлорофиллиновой кислоты сохраняет зеленую окраску и оптические свойства хлорофилла, но отличается от него большей гидрофильностью.

В пробирку с 2-3 мл спиртового раствора пигментов приливают 1 мл 20%-ного раствора NaОН и взбалтывают. Пробирку ставят на кипящую водяную баню. Как только раствор закипит, пробирку вынимают и охлаждают, затем добавляют равный объем бензина и несколько капель воды. Содержимое пробирки резко встряхивают и отстаивают. В бензиновый слой переходят каротин и ксантофилл, а в спиртовой - натриевая соль хлорофиллиновой кислоты. Зарисовывают окраску слоев, указывая распределение пигментов.

Получение феофитина и обратное замещение водорода атомом металла. Атом магния сравнительно слабо удерживается в порфириновом ядре хлорофилла и при осторожном воздействии сильных кислот легко замещается двумя протонами с образованием феофитина бурого цвета:

Если на феофитин действовать солями меди, цинка или ртути, то вместо двух протонов в ядро входит соответсвующий металл и продукты реакции окрашиваются в зеленый цвет. Однако полученная окраска несколько отличается от окраски хлорофилл:

Следовательно, цвет хлорофиллов обусловлен металлорганической связью в их молекулах. Обратное введение магния в феофитин сильно затруднено. В две пробирки берут по 2-3 мл спиртовой вытяжки пигментов и добавляют по одной – две капли 10%-ной раствора соляной кислоты. При взбалтывании зеленая окраска хлорофилла переходит в бурую, характерную для феофитина. Одну пробирку с феоситином оставляют для контроля, а во вторую вносят несколько кристаллов ацетата меди и нагревают раствор на водяной бане до кипения. По мере нагревания бурый цвет раствора меняется на зеленый в результате образования хлорофилло подобного производного меди.

Зарисовывают окраску феофитина и медьпроизводного хлорофилла.

Оборудование: Сухие или сырые листья, этиловый спирт, бензин, 20% -ный раствор NаОН, 10%-ный раствор соляной кислоты в капельнице, ацетат меди. Конические колбы с обратным холодильником, водяные бани, штативы с пробирками, пипетки на 1 мл, конические колбочки, цветные карандаши.

Литература: 1, с. 63-66

Контрольные вопросы:

1 Какава роль хлорофилла в процессе фотосинтеза?

2 Какава роль каратиноидов в процессе фотосинтеза?

3 Каков механизм приобразавания энергии света в химическую энергию?

Лабораторная работа 22

Химические свойства пигментов листа

Важнейшими компонентами фотосинтетического аппарата растений являются пигменты. Пигменты делятся на два класса: тетрапиррольные соединения (хлорофиллы и фикобилины ) и полиизопреноидные (каротиноиды ).

Фикобилины - это пигменты водорослей . У высших растений обнаружены хлорофилл «а», хлорофилл «b» и каротиноиды. Основным функциональным пигментом является хлорофилл «a», который обнаружен у всех фотосинтезирующих организмов (кроме бактерий). Он служит непосредственным донором энергии для фотосинтетических реакций. Остальные пигменты, лишь передают поглощенную энергию хлорофиллу «а».

DIV_ADBLOCK267">

Рис. 17 Структурные формулы каротиноидов и последовательность их превращений

При этом в циклических каротинах шестичленные кольца представлены двумя типами: β-иононовыми и α-иононовыми.

В фотосинтезирующих организмах эта группа желтых пигментов представлена ликопином, α-каротином, β-каротином и γ-каротином. У высших растений основным каротином является β-каротин.

Ксантофиллы - кислородсодержащие производные каротинов, включающие в себя лютеин (С40Н56О2), зеаксантин (С40Н56О4), виолаксантин (С40Н56О4), неоксантин (С40Н56О4) (рис. 17). Среди названных ксантофиллов преобладает лютеин, который по химической структype очень близок к α-каротину, но в отличие от него является двухатомным спиртом, т. е. в каждом ионовом кольце, один атом водорода замещен на гидроксильную группу.

Функции каротиноидов: 1) являются дополнительными пигментами; 2) защищают молекулы хлорофилла от фотоокисления; 3) играют роль в кислородном обмене при фотосинтезе.

Принцип метода: пигменты из растительной ткани извлекают полярными растворителями (этиловый спирт, ацетон), которые разрушают связь хлорофиллов и ксантофиллов с липопротеидами пластид и обеспечивают их полное экстрагирование. Неполярные растворители (петролейный эфир, гексан, бензин и др.) не нарушают связи этих пигментов с белками.

Цель работы: познакомиться с химическими свойствами пигментов листа.

Ход работы: 1. Получение спиртового раствора пигментов . Для получения вытяжки пигментов используют как сырой, так и сухой растительный материал. Высушенные листья предварительно обрабатывают горячей водой, чтобы облегчить последующее извлечение пигментов.

Свежие листья растений (1 г) мелко измельчить ножницами, поместить в ступку и растереть с небольшим количеством СаСО3. Постепенно в ступку приливать 2…3 мл этилового спирта и тщательно растереть навеску до получения однородной массы. Затем прилить еще 5…8 мл спирта, содержимое перемешать. Носик ступки снизу смазать вазелином и по стеклянной палочке содержимое ступки перенести на бумажный фильтр. Полученный фильтрат поместить в пробирку. Спиртовая вытяжка содержит сумму зеленых и желтых пигментов.

2.Разделение пигментов по Краусу основано на различной растворимости пигментов в спирте и бензине. Эти растворители при сливании не смешиваются, а образуют две фазы верхнюю бензиновую и нижнюю спиртовую, благодаря чему и разделяются компоненты смеси пигментов.

В пробирку налить 2…3 мл спиртового экстракта пигментов и добавить 3…4 мл бензина. Содержимое пробирки сильно встряхнуть, предварительно закрыв ее пробкой или большим пальцем, и оставить отстояться. Для лучшего разделения добавить 1…2 капли воды.

По мере расслоения эмульсии верхний бензиновый слой будет окрашиваться в зеленый цвет, из-за лучшей растворимости в нем хлорофиллов. Кроме того, в бензин переходит каротин, но его окраска маскируется хлорофиллом. Ксантофилл остается в нижнем спиртовом слое, придавая ему золотисто-желтую окраску.

Если пигменты разделятся недостаточно четко, добавить 1…2 капли воды и снова встряхнуть. При избытке воды возможно помутнение нижнего слоя, тогда следует прилить немного этилового спирта и взболтать содержимое пробирки.

Зарисовать распределение пигментов в спирте и бензине, сделать выводы о различной их растворимости.

3. Омыление хлорофилла щелочью. При обработке хлорофилла щелочью происходит омыление эфирных групп, т. е. отщепление остатков метилового спирта и фитола (рис. 18). Образуется натриевая соль хлорофиллиновой кислоты, сохраняющая зеленую окраску и оптические свойства хлорофилла, но отличающаяся большей гидрофильностью, по сравнению с нативным пигментом.

Рис. 18 Омыление хлорофилла щелочью

В пробирку с 2…З мл спиртового раствора пигментов прилить 1 мл 20% раствора NaOH и взболтать. После смешивания экстракта со щелочью пробирку поместить в кипящую водяную баню, довести до кипения и охладить.

К охлажденному раствору прилить равный объем бензина и несколько капель воды для лучшего разделения смеси. Затем содержимое пробирки резко встряхнуть и дать ему отстояться.

В бензиновый слой перейдут каротин и ксантофилл, а в спиртовый - натриевая соль хлорофиллиновой кислоты.

Зарисовать окраску слоев, указав распределение пигментов3. Получение феофитина и обратное замещение водорода атомом металла. Атом магния слабо удерживается в порфириновом ядре хлорофилла и при осторожном воздействии сильных кислот легко замещается двумя протонами, что приводит к образованию феофитина бурого цвета.

Если на феофитин подействовать солями меди, цинка или ртути, то вместо двух протонов в ядро входит соответствующий металл и вновь восстанавливается зеленая окраска. Однако она несколько отличается от окраски хлорофилла. Следовательно, цвет хлорофиллов зависит от металлоорганической связи в их молекуле.

В пробирку налить 2…3 мл спиртовой вытяжки пигментов и прибавить 1…2 капли 10% раствора соляной кислоты. В ходе реакции зеленый цвет меняется на бурый, при этом хлорофилл превращается в феофитин. Содержимое пробирки разлить в две пробирки.

Одну пробирку с феофитином оставить для контроля, а во вторую поместить несколько кристаллов уксуснокислой меди и нагреть раствор на водяной бане до кипения. После нагревания бурый цвет раствора меняется на зеленый в результате образования хлорофиллоподобного производного меди.

Зарисовать окраску феофитина и медьпроизводного хлорофилла.

https://pandia.ru/text/80/159/images/image005_49.gif" width="541" height="135 id=">

хлорофиллоподобное производное меди

Оборудование и материалы: 1) свежие листья растений; 2) этиловый спирт; 3) бензин; 4) 20% раствор NaOH; 5) 10% соляная кислота в капельнице; 6) 10% соляная кислота; 7) водяная баня; 8) штатив с пробирками; 9) пипетки на 1 мл или мерные пробирки; 10) воронки; 11) фильтровальная бумага; 12) ступка с пестиком; 13) стеклянные палочки; 14) ножницы.