Визитка проекта
ФИО автора проекта | Трубачев А.О. |
Класс | 11 |
ФИО куратора проекта | Митрофанова Л.Н. |
Название проекта | Получение латекса из комнатных растений в средней школы с. Валдгейм |
Тип проекта | дизайн-проект |
Форма проекта | исследование |
Продолжительность проекта | 6 месяцев |
Форма продукта проекта | фотоотчет |
Предметная область | химия |
Межпредметные связи | биология, экология, медицина |
Краткая аннотация | Цель проекта – на основе исследования млечного сока комнатных растений получить латекс. Задачи проекта: Исследовать комнатные каучуконосные растения, получить химическими методами латекс из них; Оформить результаты исследования, проанализировать литературу по данной проблеме; Создать фотоотчет для защиты проекта. |
Проблемный вопрос | Невозможность получения латекса в больших количествах в школьной лаборатории |
Учебные вопросы |
|
Фотоаппарат, химические реактивы и оборудование, комнатные растения. | Материальное и программно-техническое обеспечение реализации проекта |
Техническое оснащение | Компьютер, проекционная система, доступ в Интернет |
Программное обеспечение | Веб-браузер Аккаунт Google Текстовый редактор |
Web-сервисы | Документы Google |
Введение
Проблема: Невозможность получения латекса в больших количествах в школьной лаборатории.
Гипотеза: Латекс можно получить в школьных лабораторных условиях из комнатных каучуконосов.
Обоснование актуальности: Натуральный латекс, полученный из млечного сока каучуконосных растений незаменим для производства медицинских изделий и медицинского оборудования. Благодаря таким свойствам, как растяжимость и термопластичность, латекс используется при изготовлении целого ряда медицинских изделий: эластичные бинты, бандажи, бактерицидные пластыри, катетеры, шприцы, латексные узлы в системах для переливания, и другие изделия однократного применения.
Натуральный латекс поставляется в нашу страну в основном из стран Юго – Восточной Азии. Таким образом, сырье для изготовления изделий для медицинской практики, в стране отсутствует. В Российской Федерации принята большая программа по импортозамещению, т.е. по замещению импорта товарами, произведенными внутри страны.
В Еврейской автономной области с февраля 2021 года реализуется высокотехнологичный и масштабный проект по созданию биомедицинского кластера, который может давать медицинскую продукцию для РФ, но и продукцию для КНР и прилежащих стран Азиатско-Тихоокеанского региона. Меня как жителя Еврейской автономной области волнует развитие родного региона. Я выпускник, и свое будущее связываю с биохимической специальностью, которая пригодится для реализации этого биомедицинского проекта. Я обратил внимание, что при пересадке некоторых комнатных растений обильно выделяется густой млечный сок белого цвета. Стал искать информацию. Выяснилось, что такие растения относят к каучуконосам, и даже обычный одуванчик тоже каучуконос. Мне захотелось исследовать состав этого сока и возможно получить латекс. Моя проектно-исследовательская работа по получению этого продукта – своеобразный маленький вклад в возможные будущие разработки по импортозамещению.
Цель – на основе исследования млечного сока комнатных растений получить латекс.
Задачи:
1. Исследовать комнатные каучуконосные растения.
2. Получить химическими методами латекс из комнатных растений.
3. Оформить результаты исследования.
Объект исследования: Комнатные растения.
Предмет исследования: Способы получения латекса из комнатных растений.
Методы исследования:
1. Методы эмпирического исследования (методы наблюдения).
2. Методы теоретического исследования (анализ и синтез).
3. Метод эксперимента.
Планирование работы
Задачи | Ресурсы | Время | ||
Человеческие | Материальные | Информационные | ||
Изучить учебную литературу | Совместно с куратором | — | Ресурсы школьной, районной библиотеки, Интернет-ресурсы | ноябрь 2021 г. |
Найти в классах школы комнатные растения, которые могут быть каучуконосами | Совместно с куратором | Фотоаппарат | декабрь 2021 г. | |
Подобрать методику исследования | Совместно с куратором | Подготовка необходимых реактивов | Учебная литература кабинета химии | декабрь 2021 г. |
Выполнить эксперименты по получению латекса и сделать необходимые выводы | Совместно с куратором | Фотоаппарат, оборудование для исследования | — | декабрь 2021 г. |
Оформить результаты | Совместно с куратором | Печатание снимков для фотоотчета | — | январь 2022 г. |
Оформление продукта проекта – фотоотчета | Совместно с куратором | Большой фотоальбом | февраль 2022 | |
Защита индивидуального проекта | Оффисная бумага | март 2022 |
2. Нахождение в природе и промышленное получение каучука
2.1. Растения каучуконосы
Каучуконосные растения – растения, образующие и содержащие в некоторых своих частях каучук натуральный. В зависимости от того, в каких тканях он накапливается, каучуконосные растения делят на латексные (каучук содержится в млечном соке – латексе), паренхимные (в паренхиме осевых органов – стеблей, корней), хлоренхимные (в зелёных тканях молодых побегов и листьях). Травянистые латексные каучуконосные растения из семейства сложноцветных (тау-сагыз, кок-сагыз, крым-сагыз и др.), произрастающие в умеренной зоне, содержат каучук в небольшом количестве в корнях; не культивируются, т. не имеют промышленного значения. К паренхимным каучуконосным растениям относится мексиканское растение гваюла семейства сложноцветных.
2.2. Производство каучука
Лишь в тридцатых годах ХХ века ученые смогли создать установку по промышленному производству синтетического каучука. Для добычи латекса на стволе растения выполняют надрез в виде буквы V, из него добывают порядка 45 — 60 г сырья. Добытое молочко сливают в один большой поддон. В нем добытое сырье отстаивают длительное время, и тут происходит реакция получения натурального каучука. Через определенное время молочко становится плотной массой, которую пропускают через валковый пресс. Это необходимо для избавления от лишней влаги. В итоге такой обработки образуется плотный брикет. На завершающем этапе, полученный полуфабрикат проходит сушку, и масса меняет цвет с белого на темный. После сушки, полуфабрикаты готовят к отправке на предприятия по переработке натурального каучука. На них полученное сырье проходит операцию вулканизации каучука и происходит синтез готовой продукции – резины.
2.3. Применение каучука
Латекс – это природный каучук, который получают из млечного сока каучукового растения и широко используют в производстве резиновых изделий бытового, медицинского и технического назначения.
Каучу́ки (C5H8)n (где n – уровень полимеризации приблизительно 1000–3000 единиц) – натуральные или синтетические эластомеры, характеризующиеся эластичностью, водонепроницаемостью и электроизоляционными свойствами, из которых путём вулканизации получают резины и эбониты. Промышленное значение имеют латексные деревья, которые не только накапливают каучук в сравнительно большом количестве, но и легко его отдают; из них наиважнейшее – гевея бразильская, дающая 95% мирового производства натурального каучука; остальные 5% получают от др. тропических латексных деревьев из родов сапиум и маниок семейства молочайных, а также родов фикус и кастилла семейства тутовых, рода ландольфия семейства кутровых и др.
2.4. Комнатные растения – каучуконосы
Я исследовал в классных комнатах школы наличие растений – каучуконосов. Их оказалось немного, но они были достаточно в хорошем состоянии для исследования. Например, фикус каучуконосный в природе- вечнозеленое дерево, достигающее в высоту 30-40 метров, ствол содержит до 15% каучука. Имеет промышленное значение как дерево, дающее каучук. Но в нашей школе растение выращивают как декоративное комнатное. Растения имеет широкие мясистые листья, в которых я обнаружил довольно много млечного сока (см. Приложение к проекту).
Еще растение – молочай комнатный – неприхотливый декоративный цветок, все виды которого по внешним признакам совершенно не похожи друг на друга. Молочай в школьном кабинете имеет такую причудливую форму, аналогов которой нет в живой природе (см. Приложение к проекту).
Молочай треугольный в природе – многолетний суккулентный кустарник или небольшое дерево, со стволом до 6 см в диаметре. В комнатных условиях очень неприхотлив: выносит как тень, так и прямые солнечные лучи, не страдает от пересушивания. Растёт очень быстро. Размножается боковыми и верхушечными побегами (см. Приложение к проекту). Именно из боковых побегов я собрал млечный сок.
Молочай Беложильчатый – это многолетний суккулент. Культуру часто в народе называют пальмой, бананом и кактусом из-за толстого ствола и объемной верхушечной листвы. В естественных условиях Молочай беложильчатый растет в виде небольшого деревца высотой до 1,8 м., в школьном кабинете – раскидистое растение до метра (см. Приложение).
Сансевиерия – тропическое растение, известно своими красивыми высокими листьями разных цветов. У сансевиерии, которую я исследовал, листья толстые, яркие, с тёмно-зелёными полосами. Это растение может дополнить практически любой стиль и отлично смотрится в строгом интерьере школьного кабинета (см. Приложение к проекту). Млечного сока, содержащего латекс, немного.
Пахиподиум комнатный – суккулентное дерево или кустарник. В природе пахиподиум может достигать в высоту 8, а в диаметре – 1,5 метров. В переводе с греческого «пахиподиум» означает «толстая нога»: в условиях школы пахиподиум выше метра, у растения объёмный, мясистый и колючий ствол (см. Приложение к проекту). По результатам моего исследования – это самый обильный каучуконос. Надо отметить, что все исследованные растения выделяют млечный сок в виде густой белой жидкости, которая может быть ядовита или аллергенна, поэтому приходилось работать в перчатках. Исследованные растения находились в помещениях, таких как лаборантские, для хранения инвентаря и др., т. е. не связанные с обучением учащихся.
3. Получение химическими методами латекса из комнатных растений
3.1. Получение латекса из фикуса каучуконосного
Оборудование: Один-два листа фикуса каучуконосного, спиртовка, хлорид кальция(CaCL2), этиловый спирт(C2H5OH), пробирка, предметное стекло, держатель, стеклянная палочка, пинцет.
Ход работы:
1. Срезаю один-два листа фикуса каучуконосного и собираю в пробирку выделяющийся из черенков млечный сок.
2. К собранным каплям сока приливаю немного воды и добавляю 0,5 г хлорида кальция. Смесь хорошо встряхиваю и приливаю к ней по каплям спирт, интенсивно перемешиваю. Очень скоро на поверхности раствора появляются хлопья.
3. Содержимое пробирки переношу на предметное стекло и аккуратно выпариваю воду. Эластичная плёнка на стекле и есть натуральный каучук, полученный из фикуса каучуконосного (см. Приложение к проекту).
3.2. Получение латекса из молочая треугольного
Оборудование: Молочай треугольный, скальпель, уксусная кислота(CH3COOH), пробирка, держатель для пробирок, спиртовка, предметное стекло, держатель, стеклянная палочка, пинцет.
Ход работы:
1. Делаю надрез на стволе молочая треугольного. Под надрез подставляю пробирку, чтобы собрать млечный сок.
2. В пробирку с млечным соком по каплям добавляю уксусную кислоту. Пробирку встряхиваю, сразу же в ней образовались хлопья. Это выделился латекс.
3. Содержимое пробирки переношу на предметное стекло и аккуратно выпариваю воду. Эластичная плёнка на стекле и есть натуральный каучук, полученный из молочая треугольного (см. Приложение к проекту).
3.3. Получение латекса из пахиподиума комнатного
Оборудование: Пахиподиум комнатный, скальпель, уксусная кислота(CH3COOH), пробирка, держатель для пробирок, спиртовка, предметное стекло, держатель, стеклянная палочка, пинцет.
Ход работы:
1. Делаю надрез на стволе пахиподиума комнатного. Под надрез подставляю пробирку, чтобы собрать млечный сок.
2. В пробирку с млечным соком по каплям добавляю уксусную кислоту. Пробирку встряхиваю, сразу же в ней образовались хлопья. Это выделился латекс.
3. Содержимое пробирки переношу на предметное стекло и выпариваю воду. Эластичная плёнка на стекле и есть фактически натуральный каучук, полученный из пахиподиума комнатного (см. Приложение к проекту).
3.4. Химические реакции, лежащие в основе получения латекса
1. Получение латекса при полимеризации изопрена
(2-метил—бутадиен-1,3)
CH2 = C – CH = CH2 + CH2 = C – CH = CH2 + … –>
| |
CH3 CH3
2-метил-бутадиен-1,3 2-метил-бутадиен-1,3
CH3\ /H CH3\ /H
–> C = C + C = C + … –>
– CH2/ \CH2 – – CH2/ \CH2 –
CH3\ /H CH3\ /H CH3\ /H –> C = C C = C –> [ C = C ]
… – CH2/ \CH2–CH2/ \CH2 – … – CH2/ \CH2 – n
8
2. Получение латекса при полимеризации бутадиена-1,3
t,кат. H\ /H
CH2 = CH – CH = CH2 –> [ C = C ]
бутадиен-1,3 – CH2/ \CH2 – n
регулярное строение (цис-форма)
4. Заключение
Таким образом, проведя исследования состава млечного сока комнатных растений, таких как фикус каучуконосный, молочай треугольный и пахиподиум комнатный, можно сделать вывод о том, что все эти растения являются каучуконосами. У комнатных каучуконосов удалось собрать из надрезов млечный сок (латекс), который представляет собой достаточно густую белую жидкость. Осадить латекс можно при помощи химических реагентов: уксусной кислоты, этилового спирта, хлорида кальция. При выпаривании избытка воды на предметном стекле остаётся эластичная плёнка практически натурального каучука. Наиболее богат латексом фикус каучуконосный и пахиподиум комнатный. Конечно, из комнатных растений в промышленных масштабах нельзя получить латекс, но мне было интересно, как в условиях школьной лаборатории это можно сделать. Как будущий биохимик, хочу продолжить исследования в этом направлении, чтобы внести свой вклад в развитие биомедицинского кластера по получению целого ряда латексных медицинских изделий в моем регионе.