Bodensee-Gymnasium Lindau

Bodensee-Gymnasium Lindau
Januar 2009
Isolierung von Pflanzenfarbstoffen und
Untersuchung auf ihre Verwendung als Säure-
Base-Indikatoren
von Marc Bradenbrink und Florian Gerner
Betreuungslehrkraft: StR´in S. Zollner
Bodensee-Gymnasium Lindau
Reutiner Str. 14
88131 Lindau
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Gliederung
1 Einleitung 3
1.1 Themenwahl 3
1.2 Fachliche Informationen 3
1.3 Hilfestellungen 3
2 Methoden 4
2.1 Gewinnung und Testen des „Blaukraut-Indikators“ 4
2.2 Testen des „Rote Beetesaft-Indikators“ 4
2.3 Gewinnung und Testen des „Orangensaft-Indikators“ 5
2.4 Gewinnung und Testen des „ Paprikapulver-Indikators“ 5
2.5 Gewinnung und Testen des „Curcuma-Indikators 6
2.6 Gewinnung und Testen des „Rosenblüten-Indikators“ 6
2.7 Testen einer Verdünnungsreihe von Natronlauge mit verschiedenen Indikatoren 6
3 Ergebnisse 7
3.1 „Blaukraut-Indikator“ 7
3.2 „Rote Beetesaft-Indikator“ 8
3.3 „Orangensaft-Indikator“ 9
3.4 „ Paprikapulver-Indikator“ 10
3.5 „Curcuma-Indikator“ 11
3.6 „Rosenblüten-Indikator“ 12
3.7 Testen einer Verdünnungsreihe von Natronlauge mit verschiedenen Indikatoren 13
4 Diskussion und Ausblick 14
5 Kurzfassung 15
6 Internetquellen 16
Seite
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1 Einleitung
1.1 Themenwahl
Über einen Aushang an unserer Schule sind wir auf den Wettbewerb „Jugend forscht“ und „Schüler
experimentieren“ aufmerksam geworden. Da unser Interesse für Naturwissenschaften schon nach den
ersten Stunden im Fach Natur und Technik geweckt worden war, beschlossen wir uns ein geeignetes
Thema zu suchen. Wir hatten zunächst die Idee irgendwelche Stoffe aus Pflanzen zu gewinnen. Bei einer
Recherche im Internet sind wir auf das Thema „Pflanzenfarbstoffe“ gestoßen und so beschlossen wir
diese aus Pflanzen zu extrahieren. Unsere Betreuungslehrerin machte uns schließlich auf die Möglichkeit
aufmerksam, Pflanzenfarbstoffe auf ihre unterschiedliche Wirkung gegenüber sauren, neutralen und
alkalischen Lösungen hin zu untersuchen. Als wir im Internet noch ein wenig recherchierten, erschien uns
dieses Thema sehr farbenfroh und so machten wir uns voller Elan an die Arbeit.
1.2 Fachliche Informationen
Viele Pflanzen enthalten Farbstoffe, die sich dazu eignen saure, neutrale und alkalische Lösungen zu
identifizieren, da sie je nach pH-Wert ihre Farbe wechseln. Dies ist sehr praktisch, da man häufig völlig
farblose Lösungen vor sich hat, von denen man nicht weiß, ob es sich um eine Säure oder eine Lauge
handelt. Um nicht probieren zu müssen, was in vielen Fällen sehr gefährlich wäre, gibt man einfach den
Indikatorfarbstoff hinzu und kann anhand der Farbe sofort erkennen, ob es sich um eine Säure oder Lauge
handelt. Diese Farbstoffe kann man aus verschiedenen Teilen der Pflanze gewinnen – zum Beispiel aus
den Früchten, aus den Blättern oder aus den Wurzeln. Es handelt sich hierbei um verschiedene Arten von
Farbstoffen, die bei sauren, neutralen und alkalischen Lösungen zum Teil sehr unterschiedliche Farben
zeigen, so dass man diese Indikatoren sehr gut zum Identifizieren von derartigen Lösungen einsetzen
kann. Andere Farbstoffe, die wir gewonnen haben, zeigten kaum Farbveränderungen, so dass man sie nur
bedingt als Säure-Base-Indikator verwenden kann. Hierbei viel uns auf, dass bei diesen Indikatoren, die
kaum eine Farbveränderungen im Sauren gegenüber der neutralen Lösung zeigten, im Alkalischen ein
Farbumschlag eintrat. Dies mag Zufall sein, jedoch bei unseren Farbstoffen war dies der Fall.
1.3 Hilfestellungen
Wir führten die Versuche unter Aufsicht unserer Betreuungslehrerin in der Schule durch. Die
verschiedenen Materialien, die wir auf ihre Eignung als Indikatoren testen wollten, wählten wir
selbstständig aus und brachten sie von zu Hause mit. Das Verständnis für die Begriffe saure, alkalische
und neutrale Lösung erhielten wir durch Gespräche mit unserer Betreuungslehrerin, die uns auch beim
Zusammenschreiben dieser Arbeit geholfen hat, da wir noch nie eine naturwissenschaftliche Arbeit
geschrieben haben. Hierbei setzten wir uns zwei Tagen in den Weihnachtsferien zusammen, um
gemeinsam unsere Versuche zu beschreiben und diese anhand der Fotos auszuwerten.
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2 Methode
2.1 Gewinnung und Testen des „Blaukraut-Indikators“
Wir haben einige Blaukrautblätter sehr klein geschnitten und diese in einem Mörser mit Sand und etwas
Wasser zerrieben und so einen violetten Saft erhalten. Diesen haben wir durch einen Filter in ein frisches
Reagenzglas abfiltriert. Bei jedem unserer Versuche haben wir die gleichen sauren und basischen
Lösungen getestet: Salzsäure, neutrales Wasser, Natronlauge, Essig, Kernseifenlösung und
Mineralwasser. Von den Lösungen gaben wir jeweils ca. 5 ml in ein Reagenzglas und fügten jeweils
einige Tropfen des filtrierten Blaukrautsaftes hinzu. Die Farbveränderungen haben wir durch ein Foto
festgehalten (siehe Ergebnisse).
Abb. 1: Herstellung des „Blaukraut-Indikators“
2.2 Testen des „Rote Beetesaft-Indikators“
Nachdem der Blaukraut-Indikator sich als sehr farbenprächtiger Indikator herausgestellt hatte, wollten wir
den rötlichen Saft von roten Beeten testen. Wir kauften einfach ein Glas „Rote Beete in Scheiben“ und
verwendeten direkt den Saft aus dem Einmachglas, um diesen zu den sauren und alkalischen Lösungen zu
tropfen.
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2.3 Gewinnung und Testen des „Orangesaft-Indikators“
Wir haben eine Orange halbiert und den Orangensaft ausgepresst. Da uns der Saft noch sehr trüb
erschien, haben wir den frischen Saft noch filtriert und anschließend zu den Testlösungen getropft. Auch
hier sind die Farbveränderungen im Ergebnisteil zu sehen.
Abb. 2: Filtration des Orangensafts
2.4 Gewinnung und Testen des „Paprikapulver-Indikators“
Zu Hause in der Küche suchten wir nach weiteren farbigen Stoffen, die sich eventuell als Säure-Base-
Indikator eignen könnten. Dabei stießen wir auf Paprikapulver und Curry. Bei Curry stellten wir fest, dass
es sich um eine Reihe von Substanzen handelte, die im Currypulver vermischt sind. Die wichtige
farbgebende Substanz ist jedoch Curcuma. Dieses curryfarbene Pulver wird aus einer gelben Wurzel
gewonnen. Wir haben es in unserem nächsten Versuch getestet.
Der Versuch Paprikapulver einfach in Wasser zu lösen scheiterte. Das Wasser wurde nur leicht rötlich.
Unsere Betreuungslehrerin schlug Alkohol als Lösungsmittel vor,. was auch sehr gut funktionierte. Wir
gaben etwas Paprikapulver in ein Reagenzglas und fügten wenige Milliliter Alkohol hinzu und schüttelten
kräftig. Der Alkohol färbte sich rot, da sich die Farbstoffe des Paprikapulvers darin lösten. Anschließend
filtrierten wir unseren „Paprikapulver-Indikator“ noch, da das Paprikapulver störte. Wiederum versetzten
wir unsere sauren und alkalischen Lösungen mit dem Indikator.
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2.5 Gewinnung und Testen des „Curcuma-Indikators“
Im Vergleich zu Paprikapulver konnten wir Curcuma in kochendem Wasser lösen. Aber auch in Alkohol
gelöst, erhielten wir eine gelbe Flüssigkeit, so dass wir zwei Testreihen machten – einmal Curcuma in
Wasser gelöst und einmal Curcuma in Alkohol gelöst. Beides Mal trennten wir die erhaltene
Farbstofflösung durch einen Filter vom Pulverrückstand. Die Farbstofflösungen gaben wird anschließend
wieder zu unsere sauren und alkalischen Lösungen.
2.6 Gewinnung und Testen des „Rosenblüten-Indikators“
Wir haben die Blätter einer roten Rose in kleine Stücke zerrissen und in ein Becherglas gegeben. Wir
gaben ca. 30 ml Wasser zu und erwärmten das Gemisch. Schon nach kurzer Zeit färbte sich das Wasser
rot – der Farbstoff der Rosen hatte sich also in Wasser gelöst. Erneut testeten wir unsere sauren und
alkalischen Lösungen mit der Indikator-Lösung.
Abb. 3: Herstellung des „Rosenblüten-Indikators“
2.7 Testen einer Verdünnungsreihe von Natronlauge mit verschiedenen Indikatoren
Nachdem wir die Farbveränderungen bei den von uns hergestellten Indikatoren ausgewertet hatten,
stellten wir fest, dass insbesondere bei den von uns eingesetzten alkalischen Lösungen (Natronlauge und
Kernseifenlösung), bei einigen Indikatoren eine recht unterschiedliche Färbung auftrat, während die von
uns eingesetzten sauren Lösungen (Salzsäure, Essig und Mineralwasser) meist annähernd die gleiche
Farbe aufwiesen. Aus diesem Grund haben wir unsere Natronlauge verdünnt. Hierzu haben wir die von
uns eingesetzte Natronlauge und Wasser in folgenden Mengen zusammen gegeben, so dass die
Konzentration der Natronlauge von Reagenzglas 1 zu Reagenzglas 5 abnimmt. Auf den Fotos ist immer
das Verhältnis von Natronlauge zu Wasser angegeben.
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Reagenzglas 1 Reagenzglas 2 Reagenzglas 3 Reagenzglas 4 Reagenzglas 5
Natronlauge 10 ml 8 ml 5 ml 2 ml 0 ml
Wasser 0 ml 2 ml 5 ml 8 ml 10 ml
Verhältnis 10 : 0 8 : 2 5 : 5 2 : 8 0 : 10
Die so erhaltenen Lösungen haben wir mit drei verschiedenen Indikatoren getestet – dem „Blaukraut-
Indikator“, dem „Rote Beetesaft-Indikator“ und dem „Rosenblüten-Indikator“.
3 Ergebnisse
3.1 „Blaukraut-Indikator“
Nach Zusatz des „Blaukraut-Indikators“ zu den vorbereiteten Lösungen erhielten wir folgende
Farbveränderungen.
Abb. 4: Testergebnis „Blaukraut-Indikator“
Man erkennt, dass bei Zusatz von Säuren der „Blaukraut-Indikator“ seine Farbe ins Rötliche verändert.
Das hier eingesetzte Mineralwasser war leider nicht mehr ganz frisch, so dass schon viel Kohlensäure
entwichen war, so dass man im Vergleich zum neutralen Wasser, das tief-violett ist, nur eine leichte
Farbveränderung ins rot-violette erkennen kann. Jedoch sind Salzsäure und Essigsäure, die im Essig
enthalten ist, auch stärkere Säuren als die Kohlensäure.
Erstaunlich fanden wir die Farbveränderung bei alkalischen Lösungen. Natronlauge wurde hierbei gelb
und Kernseifenlösung färbte sich türkis. Man könnte folglich anhand der unterschiedlichen Färbung nicht
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nur erkennen, dass es sich um eine alkalische Lösung handelt, sondern auch, wie stark alkalisch diese
Lösung ist.
Fazit: Blaukraut-Saft eignet sich als „Säure-Base-Indikator“: sauer: rot; neutral: violett, schwach basisch:
grün/türkis, stark basisch: gelb
3.2 „Rote Beetesaft-Indikator“
Nach Zusatz des „Rote Beetesaft-Indikators“ zu den vorbereiteten Lösungen erhielten wir folgende
Farbveränderungen.
Abb. 5: Testergebnis „Rote-Beete-Indikator“
Im neutralen Wasser ist der Indikator rot. Bei Zusatz von Säure verändert dieser seine Farbe nur leicht
nach rot-violett. Bei Zugabe von Natronlauge kommt es zu einer Gelbfärbung und bei Zusatz von
Seifenlösung zu einer Violettfärbung. Uns erschien diese Farbabstufung bei sauren und alkalischen
Lösungen nicht sehr signifikant, da z.B. Salzsäure und Seifenlösung ähnliche violette Farben haben.
Allerdings fällt wieder auf, dass im Alkalischen bei Natronlauge und Seifenlösung eine sehr auffällige
Farbveränderung zu erkennen ist, die eventuelle wie beim „Blaukraut-Indikator“ unterschiedliche
Konzentrationen an Lauge erkennen lässt. Dies soll unsere letzte Versuchsreihe zeigen.
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3.3 „Orangesaft-Indikator“
Nach Zusatz des extrahierten Orangensafts zu den vorbereiteten Lösungen erhielten wir folgende
Farbveränderungen.
Abb. 6: Testergebnis „Orangensaft-Indikator“
Wir haben bei diesem Versuch besonders darauf geachtet, dass wir überall gleich viel Indikator in die
vorbereiteten Lösungen gegeben haben, was uns erst beim zweiten Versuch gelungen ist. Jetzt kann man
deutlich erkennen, dass es nur bei den alkalischen Lösungen zu einer Intensivierung der Gelbfärbung
kommt. Man kann Orangen zwar nicht als Säure-Base-Indikator empfehlen, aber zumindest Natronlauge
ließe sich eindeutig von Salzsäure unterscheiden.
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3.4 „Paprikapulver-Indikator“
Nach Zusatz des „Paprikapulver-Indikators“ zu den vorbereiteten Lösungen erhielten wir folgende
Farbveränderungen.
Abb. 7: Testergebnis „Paprikapulver-Indikator“
Der aus dem Paprikapulver extrahierte Farbstoff zeigt gegenüber alkalischen und sauren Lösungen keine
Farbveränderungen, so dass man aus Paprikapulver keinen Säure-Base-Indikator gewinnen kann.
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3.5 „Curcuma-Indikator“
Nach Zusatz des in Wasser bzw. Alkohol extrahierten Curcuma-Farbstoffes zu den vorbereiteten
Lösungen erhielten wir folgende Farbveränderungen.
Abb. 8: Testergebnis „Curcuma-Indikator“ in Wasser gelöst
Abb. 9: Testergebnis „Curcuma-Indikator“ in Alkohol gelöst
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Bei beiden Testreihen ist zu erkennen, dass der Farbstoff, der aus Curcuma extrahiert werden kann, eine
deutliche Unterscheidung zwischen alkalischen Lösungen und sauren Lösungen zulässt. Im Alkalischen
kommt es zu einer Orangefärbung, während im Sauren die neutrale Gelbfärbung bestehen bleibt. Leider
ist uns bei der Versuchsreihe mit Alkohol ein Fehler unterlaufen, da wir in das Reagenzglas 2, das
neutrales Wasser enthalten soll, bei der zweiten Zugabe des Indikators etwas Natronlauge verschleppt
haben, was an der orangen Farbe in der oberen Hälfte in Reagenzglas 2 zu erkennen ist.
Außerdem konnten wir feststellen, dass die Färbung mit dem im Alkohol gelösten Curcuma-Farbstoff
intensiver war.
3.6 „Rosenblüten-Indikator“
Nach Zusatz des aus Rosenblüten gewonnenen Indikators zu den vorbereiteten Lösungen erhielten wir
folgende Farbveränderungen.
Abb. 10: Testergebnis „Rosenblüten-Indikator“
Der in Wasser gelöste „Rosenblüten-Indikator hat eine rote Farbe, der in Reagenzglas 2 durch die
Verdünnung nur noch eine rosa Färbung aufweist. In Säuren zeigt dieser Indikator eine Rotfärbung,
während stark alkalische Lösungen gelb und schwächer alkalische Lösungen grün erscheinen. Man kann
den „Rosenblüten-Indikator“ durchaus zur Unterscheidung von Säuren und Laugen einsetzen.
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3.7 Testen einer Verdünnungsreihe von Natronlauge mit verschiedenen Indikatoren
Nach Zusatz des „Blaukraut-Indikators“ zu der Verdünnungsreihe erhielten wir folgende
Farbveränderungen.
Abb. 12: Test der Verdünnungsreihe mit „Blaukraut-Indikator“
Nach Zusatz des „Rote Beetesaft-Indikators“ zu der Verdünnungsreihe erhielten wir folgende
Farbveränderungen.
Abb. 12: Test der Verdünnungsreihe mit „Rote Beetesaft-Indikator“
Im Vergleich zur Ausgangslösung (linkes Reagenzglas) ist bei den ersten beiden Verdünnungen keine
Farbveränderung aufgetreten. Erst als wir die Natronlauge mit Wasser im Verhältnis 8 : 2 mischten,
konnte man anhand des hellgrünen Farbtons im Fall des „Blaukraut-Indikators“ und dem orangen Farbton
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eim „Rote Beete-Indikator“ die schwächer alkalische Lösung erkennen. Bei neutralem Wasser hat man
schließlich eine Blaufärbung bzw. eine Rotfärbung. Diese Farbveränderungen zeigen, dass man den
Blaukraut-Indikator und den „Rote Beetesaft-Indikator“ einsetzen kann, um festzustellen, wie stark
alkalisch eine Lösung ist.
Nach Zusatz des „Rosenblüten-Indikators“ zu der Verdünnungsreihe erhielten wir folgende
Farbveränderungen.
Abb. 13: Test der Verdünnungsreihe mit „Rosenblüten-Indikator“
Leider waren alle Lösungen mehr oder weniger gelb gefärbt. Eine wirkliche Unterscheidung war nicht
möglich. Vielleicht hätten wir die Natronlauge noch stärker verdünnen müssen, so dass eine Abstufung
nach grün, wie sie bei unserer Kernseifenlösung (siehe oben) auftrat, zu erkennen wäre.
4 Diskussion und Ausblick
Unsere Experimente haben gezeigt, dass man aus verschiedenen Teilen einer Pflanze Farbstoffe
extrahieren kann, die unter Zugabe von sauren oder alkalischen Lösungen unterschiedliche Farben zeigen.
Besonders gut erschienen der „Blaukraut-Indikator“ und „Rosenblüten-Indikator“ als Säure-Base-
Indikatoren geeignet, da sie bei Zugabe der sauren und alkalischen Lösungen viele unterschiedliche
Farben zeigen. Unsere letzten Versuche mit den verschiedenen Verdünnungen der Natronlauge hätten
durchaus bessere Ergebnisse liefern können. Aber Natronlauge ist eine sehr starke Base, so dass wir mit
einer stärkeren Verdünnung hätten arbeiten müssen. Wir hätten auch eine schwächer alkalischen Lösung,
wie z.B. die Kernseifenlösung einsetzen können, um diese zu verdünnen, so dass wir eine Farbabstufung
des Indikators erhalten hätten müssen. Außerdem wäre es interessant, wie lange man die hergestellten
Indikatorlösungen aufbewahren kann, oder ob diese nur frisch eingesetzt werden können. Dieses Thema
birgt also noch einige Fragen und hat uns einen Einblick in die Chemie ermöglicht, den wir ansonsten
wahrscheinlich frühestens in der 8. Klasse erhalten hätten.
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5 Kurzfassung
In unserer Arbeit konnten wir zeigen, dass man aus verschiedenen Teilen einer Pflanze Farbstoffe
extrahieren kann, die bei Zugabe von sauren und alkalischen Lösungen unterschiedliche Farben zeigen.
Wir haben die Farbstoffe aus Blaukraut, Rote Beete, Orangen, Paprikapulver, Curcuma und Rosenblüten
gewonnen und diese jeweils zu den folgenden Lösungen gegeben: Salzsäure, Wasser, Natronlauge, Essig,
Kernseifenlösung und Mineralwasser. Wir konnten feststellen, dass manche unserer Farbstofflösungen
sich besonders gut zur Unterscheidung von Säuren und Laugen eignen, andere weniger gut. Der
„Blaukraut-Indikator“ und der „Rosenblüten-Indikator“ zeigten bei den zu testenden Lösungen viele
unterschiedliche Farben, so dass man sie sehr gut als Säure-Base-Indikatoren einsetzen kann. Der
„Blaukraut-Indikator“ erscheint im neutralen Wasser gelöst blau/violett. Saure Lösungen weisen eine
rosarote Farbe auf, schwach basische Lösungen erscheinen grün/türkis und stark alkalische Lösungen
gelb. Der in Wasser gelöste „Rosenblüten-Indikator hat eine rote bis rosa Farbe. In Säuren zeigt dieser
Indikator eine intensive Rotfärbung, während stark alkalische Lösungen gelb und schwächer alkalische
Lösungen grün erscheinen.
Andere Indikatorlösungen waren nur bedingt geeignet saure und alkalische Lösungen voneinander zu
unterscheiden. So zeigte der „Rote Beetesaft-Indikator“ keine eindeutige Farbabstufung zwischen sauren
und schwach alkalischen Lösungen. Beide erschienen violett. Allerdings konnte man eine stark alkalische
Lösung eindeutig durch ihre auffällige Gelbfärbung von der schwach alkalischen Lösung (Violettfärbung)
unterscheiden.
Der „Orangensaft-Indikator“ und der „Curcuma-Indikator“ zeigte nur bei alkalischen Lösungen eine
Farbveränderung nach tiefgelb bzw. orange. Neutrale und saure Lösungen waren nicht voneinander zu
unterscheiden.
Der „Paprikapulver-Indikator“ erschien trotz seiner intensiv roten Farbe völlig ungeeignet als Säure-Base-
Indikator, da in sauren, neutralen und alkalischen Lösungen keine Farbveränderungen auftraten.
Abschließend wollten wir durch eine Verdünnungsreihe mit Natronlauge, die wir in unterschiedlichen
Verhältnissen mit Wasser mischten, noch Farbabstufungen bei Zusatz verschiedener von uns hergestellter
Indikatoren erzielen. Grundsätzlich konnten wir feststellen, dass dies mit dem „Blaukraut-Indikator“ und
dem „Rote Beete-Indikator“ und dem „Rosenblüten-Indikator“ möglich wäre, jedoch wählten wir die
Verdünnungen ungünstig aus, so dass die meisten unserer verdünnten Natronlauge-Lösungen noch zu
konzentriert waren, als dass eine Farbabstufung eingetreten wäre.
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6 Literatur und Internetquellen
Literatur:
Abel-Wildemann, Alexandra: Mit der Kinderakademie Pfiffikus die Welt entdecken – erleben – erfahren.
Drei-Zwei-Eins Peng! Chemische Experimente für Kinder. Tei 2: Säuren, Laugen und Seifen, Wellhorn-
Verlag, Bad Herrenalb, 2007
Internetquellen:
1. http://www.chemieunterricht.de/dc2/tip/09_06.htm: 10.01.2009, Rüdiger Blume, Prof. Blumes
Bildungsserver für Chemie, Prof. Blumes Tipp des Monats September 2006: Bunte Blumenfarben
2. http://www.seilnacht.com/Lexikon/Indikato.htm: 10.01.2009, Thomas Seilnachts, Seilnachts Didaktik
der Naturwissenschaften: pH-Indikatoren
3. http://chf.de/eduthek/projektarbeit-naturstoffe-indikatoren.html: 10.01.2009, Institut Dr. Flad –
Berufskolleg für Chemie, Pharmazie und Umwelt: Naturstoffe als Indikatoren
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