Читать онлайн
учебники на ANSEVIK.RU

>>> Перейти на полную версию сайта >>>

Учебник для 11 класса

Естествознание

       

§ 36. Химия в быту

  1. Назовите древнегреческую богиню здоровья, дочь бога врачевания Асклепия (у древних римлян — Эскулап), от её имени пошло слово, обозначающее раздел профилактической медицины.
  2. Объясните, чем грозит нашей планете производство дезодорантов в аэрозольных баллонах и почему.
  3. Дайте характеристику гетеротрофных бактерий и расскажите о пользе, которую они приносят окружающей среде как санитары и поглотители органических остатков.
  4. Опишите, в результате каких геологических процессов образуется пемза.

Достижения современной науки: разумный подход. Писатель-фантаст и учёный-биохимик А. Азимов (1920—1992) писал в одной из своих повестей: «Химия — это смерть, упакованная в банки и коробки». Этот безапелляционный приговор можно адресовать не только химии, но и физике, биологии, транспорту — любой окружающей нас действительности. Мы не можем жить без электричества, но оголённый провод смертельно опасен, автомобиль нам просто необходим, но под его колёсами нередко погибают люди. Использование людьми достижений современной науки и техники требует высокой общей культуры, большой ответственности и, конечно, знаний. Например, такие необходимые для здоровья человека вещества, как лекарства, если их неразумно использовать при самолечении, могут быть исключительно опасными.

Различные химические вещества, смеси веществ, новые материалы настолько прочно вошли в наш быт, что мы просто не представляем себе жизни без их использования.

Моющие и чистящие средства. В настоящее время мы широко используем синтетические моющие средства (CMC) — детергенты. В качестве основного компонента они содержат синтетические поверхностно-активные вещества (ПАВ). Любое моющее средство должно обладать двойной функцией: способностью взаимодействовать с загрязняющим веществом (чаще всего жиром) и переводить его в воду или водный раствор. Для этого молекула моющего вещества должна иметь гидрофобную (водоотталкивающую) и гидрофильную (удерживающую воду) части. Гидрофобная часть молекулы представляет собой, как правило, длинный углеводородный радикал, охотно растворяющийся в жирах, но не терпящий воду. В качестве гидрофильной части может выступать функциональная группа карбоновых кислот (карбоксильная группа — СООН) или фрагмент серной кислоты — SO3H. Гидрофобная часть молекул проникает в загрязняющее вещество (жир), в результате поверхность каждой частицы или капельки загрязнения оказывается как бы окружённой оболочкой гидрофильных групп. Они взаимодействуют с полярными молекулами воды («подобное растворяется в подобном»). Благодаря этому ионы моющего средства вместе с загрязнением отрываются от поверхности ткани и переходят в водную среду (рис. 154).

Рис. 154. Поверхностно-активные явления

Взгляните на состав любого CMC, указанный на упаковке. В большинстве случаев вы найдёте там алкилбензолсульфонат натрия — основной компонент многих стиральных порошков. Это вещество делает возможной стирку в жёсткой и даже морской воде. В отличие от мыла CMC не образуют нерастворимых хлопьев неприглядного серого цвета, которые забивают поры ткани, делают её грубой, блёклой, воздухонепроницаемой. Да и расход CMC по сравнению с мылом гораздо меньше.

Но ПАВ очень медленно разлагаются и, попадая со сточными водами в водоёмы, оказывают вредное воздействие на живые организмы. Поэтому желательна очистка сточных вод от ПАВ в отстойниках, а в естественных условиях (в водоёмах) их частично «съедают» гетеротрофные бактерии, которые входят в состав активного ила. Можно также проводить биохимическую очистку сточных вод в присутствии ферментов.

Кроме ПАВ в CMC входят и другие компоненты: отбеливатели, смягчители, пенообразователи, ароматические отдушки.

Оптические отбеливатели не воздействуют на структуру ткани, они поглощают ультрафиолетовые лучи, а излучают энергию в синей области видимого спектра. Происходит оптическая компенсация желтоватого оттенка ткани, и изделие приобретает при этом белизну и яркость.

Действующим началом химических отбеливателей являются атомарный кислород, атомарный хлор и оксид серы (IV). Эти отбеливатели разрушают посторонние красители, не смывающиеся с ткани, а заодно и дезинфицируют изделие. Из кислородсодержащих отбеливателей наиболее распространены перборат и перкарбонат натрия («Персоль»). Хлорсодержащие и серосодержащие отбеливатели чаще используют как отдельные препараты, известные вам под названиями «Белизна» и «Лилия» соответственно.

Пятна белкового происхождения трудно отстирываются и плохо обесцвечиваются химическими отбеливателями. Для их устранения используют специальные ферменты, которые вводят в качестве добавки в моющие средства. Так как эти ферменты не выдерживают высоких температур, бельё с белковыми загрязнениями стирают в тёплой воде и не кипятят.

Для успешной стирки совсем не обязательна обильная пена. При использовании стиральных машин пена даже нежелательна, а для чистки ковров и мягкой мебели, напротив, необходима. Поэтому в состав различных моющих средств добавляют стабилизаторы или разрушители пены.

В рецептуре CMC компоненты подбирают так, чтобы именно при указанной на упаковке концентрации достигалась максимальная моющая способность композиции в целом. Поэтому стиральный порошок не следует сыпать на глазок.

Если основу моющих средств составляют поверхностно-активные вещества, то у чистящих средств непременной такой основой является абразив (от лат. abrazio — соскабливание). В современных чистящих средствах преобладают молотая пемза (природный материал — застывшая вулканическая лава), каолин (минерал алюминия), мел (карбонат кальция СаСО3), наждачный порошок (корунд Аl2О3, оксид хрома Сг2О3) и др. Выбор абразива обусловлен в основном характером поверхности изделия, а не свойствами загрязнений, поэтому на упаковках чистящих средств указывают тип очищаемых предметов.

Конечно, надо помнить, что никакое чистящее средство не принесёт пользы, если оно попадёт в желудочно-кишечный тракт с пищей и водой после чистки кухонной и столовой посуды. Поэтому необходимо тщательно смывать чистящие вещества.

Средства для борьбы с бытовыми насекомыми. Как бы вы ни старались содержать в идеальной чистоте посуду, мебель, полы, бельё, как бы плотно ни закрывали двери и окна, вы всё-таки не гарантированы от появления в доме вредных бытовых насекомых. Если они появились, то на помощь приходят инсектициды — средства для борьбы с насекомыми. Инсектициды применяют в виде растворов, эмульсий, суспензий, аэрозолей и т. д.

Жилые помещения следует обрабатывать только препаратами, рекомендуемыми для этой цели. Сейчас в продаже их достаточно много. Чаще всего их классифицируют в зависимости от природы насекомого, с которыми препарат борется, — комары, мухи, моль, тараканы, муравьи и т. п.

Большинство из инсектицидов высокотоксичны и опасны для человека. Поэтому недопустимо применять эти препараты часто и в больших количествах, так как действие их сохраняется на сравнительно длительное время. Во время обработки помещения нельзя принимать пищу, пить воду, курить. Окна должны быть открыты, чтобы не создавалась высокая концентрация ядовитых веществ в воздухе. Необходимо убрать все продукты и посуду. Во избежание пожара нельзя распылять содержимое аэрозольных баллончиков при открытом огне. Следует помнить, что все деревянные предметы хорошо впитывают ядохимикаты, а лакированные поверхности могут испортиться. Многие инсектициды обладают аллергенным действием. Слабость, головная боль, тошнота, зуд, сыпь на коже, астматические приступы — признаки аллергической реакции.

Помещение после обработки препаратами надо хорошо проветрить, так как многие инсектициды не имеют запаха. Ну и конечно, надо тщательно вымыть руки тёплой водой с мылом, прополоскать рот.

Химические средства гигиены и косметики. Слово «гигиена» происходит от греческого hygienos, что означает «целебный, приносящий здоровье», а «косметика» — от греческого kosmetike, т. е. «искусство украшать себя».

В настоящее время термин «косметика» употребляется прежде всего в связи с уходом за кожей лица и тела; гигиена — это раздел профилактической медицины, изучающий влияние внешней среды на здоровье человека. Косметика и гигиена тесно связаны, так как многие косметические средства (лосьоны, кремы, шампуни, гели для душа и др.) выполняют также и гигиеническую функцию. К важнейшим гигиеническим средствам относятся прежде всего моющие средства, о которых было рассказано выше (мыло, шампунь и т. д.). Рассмотрим некоторые другие средства, которые наиболее часто используют в обиходе.

Поговорим сначала о средствах по уходу за зубами. Самое распространённое заболевание зубов — кариес. Сущность его состоит в том, что под влиянием микроорганизмов и вырабатываемых ими кислот (в основном молочной кислоты) происходит разрушение тканей зуба. Самой прочной тканью зуба является эмаль, состав которой близок к минералу гидроксиапатиту Са5ОН(РО4)3. При разрушении эмали микроорганизмы попадают внутрь зуба и могут вызвать воспаление. Закреплению микроорганизмов на эмали способствует зубной камень — твёрдое пористое отложение на зубах. Его появление связано с тем, что остатки пищи на зубах пропитываются слюной, содержащей ионы Са2+ и НРО42-, которые образуют малорастворимую соль. Слюна здорового человека имеет среду, близкую к нейтральной (рН = 6,75). А кислоты, которые вырабатываются в процессе расщепления микроорганизмами остатков пищи, особенно углеводной, снижают рН до 4,5—5,0. Разрушение эмали в этих условиях ускоряется. Давно замечено, что любители сладкого часто не могут похвастаться хорошим состоянием зубов. Поэтому одним из путей профилактики кариеса является чистка зубов и полоскание ротовой полости после приёма пищи.

Важнейшим средством ухода за зубами является зубная паста (рис. 155). Основные компоненты зубной пасты — это абразивные, связующие, пенообразующие вещества и загустители. Абразивные вещества обеспечивают механическую очистку зубов от налёта и полировку. Чаще всего в качестве абразива применяют химически осаждённый карбонат кальция СаСО3, а также фосфаты кальция.

Рис. 155. Средства личной гигиены — зубная паста, дезодорант

Для превращения смеси абразивных порошков в стойкую пасту применяют связующие компоненты. Их получают из морских водорослей, а из искусственных веществ применяют производные целлюлозы. В качестве пенообразователей используют уже знакомые вам поверхностно-активные вещества. Для получения пластичной, выдавливающейся из тюбика массы в пасту добавляют загустители — глицерин, сорбит, полиэтиленгликоль. Они способствуют сохранению в пасте влаги при хранении, повышают температуру замерзания и улучшают вкусовые качества пасты. Для устранения разрушительного действия микробов на растительные составляющие в состав паст вводят антисептики.

Борьба с кариесом осуществляется не только предупреждением образования зубного налёта. Второй путь — это укрепление минеральной ткани зуба введением в пасты соединений фтора (фторида натрия NaF, фторида олова (II) SnF2 и др.). Существует несколько точек зрения по поводу влияния фторидных ионов на укрепление эмали зуба. Ионы F- переводят гидроксиапатит Са5ОН(РО4)3 в менее растворимый в кислотах фторапатит Са5(РO4)3. Возможно также образование в результате обменной реакции в пасте фторида кальция CaF2, который адсорбируется на эмали и предохраняет её от воздействия кислот. Известно также, что фторидные соединения способствуют подавлению жизнедеятельности бактерий, вызывающих образование органических кислот в полости рта. В настоящее время в антикариесных пастах используют добавки ферментов, а иногда вводят антибиотики.

Приятный вкус и запах пасты создают различные вкусовые компоненты и отдушки. В качестве последних часто используют ментол, мятные масла, гвоздичное масло, эвкалиптол и др. Сладкий вкус создают синтетические подсластители — сахарин или аспартам.

В настоящее время в продаже появились безабразивные гелеобразные прозрачные чистящие средства для зубов. В них используют гели оксида кремния SiO2, а также полимерные материалы, которые легко окрашиваются в разные цвета, имеют красивый внешний вид, однако очищающая способность у них ниже, чем у абразивных паст.

Конечно, вы знаете, что дезодоранты — это средства, устраняющие неприятный запах пота, который выделяется потовыми железами и на 98—99% состоит из воды. С потом из организма выводятся продукты метаболизма: мочевина, мочевая кислота, аммиак, некоторые аминокислоты, жирные кислоты, холестерин, некоторые гормоны и т. д.; из минеральных компонентов — катионы натрия, кальция, магния, меди, марганца, железа, анионы хлора и иода. Неприятный запах связан с бактериальным расщеплением составляющих пота или с их окислением кислородом воздуха.

Дезодоранты бывают двух типов: одни тормозят разложение выводимых с потом продуктов метаболизма (делая неактивными микроорганизмы) или предотвращают их окисление, другие частично подавляют выделение пота. Такими свойствами обладают соли алюминия, цинка, циркония, хрома, железа, а также формальдегид и этиловый спирт. Эти вещества взаимодействуют с компонентами пота, образуя нерастворимые соединения, которые закупоривают каналы потовых желёз и тем самым уменьшают потовыделение. В оба типа дезодорантов входят отдушки.

Дезодоранты выпускают в твёрдом виде, шариковые и в аэрозольной упаковке. В аэрозольных баллонах используют сжиженные газы (пропелленты), температура кипения которых очень низка. Они легко переходят в газовую фазу и не только выталкивают основу (дезодорант) из баллона, но, расширяясь, распыляют её на мелкие капельки. Долгое время эту роль выполняли только фторхлоруглероды (фреоны) — CF/sub>2Cl2, СFСl3, CF2Cl—CF2Cl. Все они кипят при температуре ниже -30 °С. В настоящее время принято международное соглашение о сокращении производства аэрозольных баллонов, содержащих фрео-ны, поскольку установлено, что они разрушают озоновый слой Земли.

Говоря о косметических средствах (рис. 156), надо вспомнить, что люди пользовались ими с незапамятных времён. Письменные источники и раскопки древних поселений свидетельствуют о том, что на ранней стадии развития общества к раскрашиванию тела были неравнодушны и женщины, и мужчины.

Рис. 156. Косметические средства — помада, лак для ногтей, крем, румяна, пудра

У мужчин это особенно проявлялось в любви к татуировкам, а женщины подкрашивали веки, брови, губы, щёки. Естественно, что в далёком прошлом в качестве косметических средств использовали лишь природные вещества. Например, веки подкрашивали в голубой цвет тончайшей пыльцой из толчёной бирюзы, а брови красили мягкими природными минералами, в том числе сурьмяным блеском Sb2S3.

С развитием химии помимо природных веществ стали использовать и синтетические. Например, в качестве пигмента для губных помад применяют органическое синтетическое соединение никеля. Перламутровый эффект создают соли висмута или слюда, содержащая около 40% оксида титана (IV) TiO2. В создании гримов применяют также оксид цинка ZnO, в медицине его используют в присыпках и мазях.

В качестве красителей для волос используют разбавленные водные растворы хорошо растворимых солей свинца, серебра, меди, висмута. Ими предварительно пропитывают волосы. Затем с помощью так называемого проявителя ионы металлов восстанавливаются до простых веществ. Нашатырный спирт, входящий в состав красителей нейтрализует образующуюся при этом кислоту. Под действием восстановленной меди волосы приобретают красноватый отлив, если были взяты соли серебра — серый оттенок, при наличии солей железа — синеватолиловый цвет. Осветляют волосы с помощью 3%-го раствора пероксида водорода, который разлагается с образованием атомарного кислорода. Окислительное действие последнего так велико, что он разрушает пигменты волос. Но при большой концентрации и длительном воздействии могут начать разрушаться и сами волосы, поэтому надо проявлять осторожность. На практике пероксид водорода применяют в комплексе с мочевиной, такое вещество называется гидроперитом.

С помощью «химии» можно не только изменить цвет волос, но и придать им определённую форму. Известно, что волосы сохраняют свои упругие свойства из-за наличия в их структуре многочисленных дисульфидных «мостиков» (как в вулканизированном каучуке). Если их временно ослабить, а затем придать волосам необходимую форму и закрепить её, получим новую причёску. При химической завивке роль разрушителя «мостиков» отводится тиогликолевой кислоте HSCH2COOH или её более устойчивым солям. Последующая обработка уложенных волос закрепителями восстанавливает «мостики», фиксируя новую форму волос.

Косметическим средством для ногтей являются лаки. Основа их — это раствор нитроцеллюлозы в органических растворителях. Нитроцеллюлозу получают нитрованием целлюлозы (хлопковой или древесной) смесью азотной и серной кислот. В качестве растворителей используют амиловый эфир уксусной кислоты, ацетон, различные спирты, а также их смеси. В лак кроме красителя добавляют пластификаторы (например, касторовое масло), которые препятствуют обезжириванию ногтей и предотвращают их ломкость.

Одним из важнейших косметических средств для лица являются пудры. Косметические пудры — многокомпонентные смеси. В них входят тальк, каолин, соли цинка и магния, оксиды цинка и титана, рисовый крахмал, а также органические и неорганические пигменты, в частности Fe2O3. Пудра — великолепный адсорбент влаги (в основном за счёт каолина). Тонкого слоя её вполне хватает, чтобы удалить выделения потовых желёз, работающих в обычном режиме. Но в жаркую погоду пудра закупоривает все поры кожи и причиняет вред. За счёт талька пудра становится сыпучей и имеет скользящий эффект. Каолин и оксиды маскируют дефекты кожи. Кроме того, оксид цинка обладает антисептическими свойствами. Крахмал придаёт коже бархатистость, а благодаря солям цинка и магния пудра хорошо удерживается на коже и делает её гладкой. Пудра защищает и от атмосферных загрязнений. Вот почему умело, без излишеств нанесённая на лицо, она не только улучшает цвет и маскирует мелкие дефекты кожи, но и защищает её.

Пищевые добавки. Эти вещества способствуют сохранности продукта (консерванты), придают ему аромат (ароматизаторы), нужную окраску (красители) и т. д. Некоторые добавки делают из природных продуктов — овощей и фруктов, сахара, уксуса, спирта. Но многие из них синтетические и являются результатом работы химиков. На продуктах питания их маркируют буквой «Е» и обозначают трёхзначной цифрой.

Нужно знать, какую конкретную информацию несёт в себе маркировка-индекс:

  • Е100 — Е182 — красители;
  • Е200 — Е299 — консерванты; такие вещества, как соль, сахар, уксус, в эту группу маркировок-индексов не входят, информацию об этих консервантах записывают на этикетках без буквенно-цифровой индексации, отдельно;
  • Е300 — Е399 — вещества, замедляющие процессы брожения и окисления в продуктах питания (например, прогоркание сливочного масла);
  • E400 — Е409 — стабилизаторы, обеспечивающие продуктам питания длительное сохранение консистенции (например, мармелада, желе, пастилы, йогуртов, соусов и т. п.);
  • Е500 — Е599 — эмульгаторы, позволяющие сохранять равномерность распределения дисперсной фазы в среде, поддерживать, например, такие эмульсии, как нектары, растительные масла, майонезы и другие, в однородной системе, препятствовать образованию осадков в них;
  • Е600 — Е699 — ароматизаторы, т. е. соединения, усиливающие или придающие вкус пищевым продуктам (напиткам, кремам, конфетам, сухим сокам и др.);
  • Е900 — Е999 — антифламинги, не позволяющие слёживаться муке, сахарному песку, соли, соде, лимонной кислоте, разрыхлителям теста, веществам, которые препятствуют образованию пены в напитках.

Каждая страна мира имеет свои стандарты по содержанию пищевых добавок в продуктах питания, особенно таких, которые могут нанести вред здоровью человека. Многие нормы применения пищевых добавок в России ниже их аналогов в зарубежных странах. Вы должны знать, что отдельные пищевые добавки в импортных продуктах питания могут вызвать желудочно-кишечные расстройства, аллергию, некоторые являются канцерогенами, т. е. далеко не безопасны для здоровья.

Такие авторитетные органы, как Госсанэпиднадзор и Общество защиты прав потребителей, не рекомендуют употреблять продукты питания, содержащие добавки со следующими маркировками:

  • Е131, Е141, Е215 — E218, Е230 — Е232, Е239 — они являются аллергенами;
  • Е121, Е123 — они вызывают желудочно-кишечные расстройства, а в больших дозах и пищевые отравления;
  • Е211, Е240, Е330, Е442 — они содержат канцерогены, т. е. могут провоцировать образование опухолей.

Маркировка на упаковках с пищевыми продуктами столь же важна для человека, как и символика на этикетках одежды с целью бережного и правильного ухода за ней.

Итак, человек встречается с химией на каждом шагу. Наша жизнь, здоровье, настроение тесно связаны с многочисленными химическими веществами и процессами вокруг нас и в нас самих. С развитием науки мы получаем новые материалы, препараты, вещества, которые используются в самых разных сферах жизнедеятельности человека. Химия даёт человеку огромные возможности, но при этом требует грамотного, ответственного их использования, понимания сущности химических явлений и процессов.

Теперь вы знаете

  • достижения современной науки: разумный подход
  • как используются моющие и чистящие средства
  • как используются средства для борьбы с бытовыми насекомыми
  • как используются химические средства гигиены и косметики
  • как используются пищевые добавки

Теперь вы можете

  • объяснить, что такое детергенты и каков процесс взаимодействия молекул моющего вещества с загрязняющим веществом, в результате которого ткань становится чистой, выстиранной
  • сравнить оптические и химические отбеливатели и сказать, чем они отличаются друг от друга
  • описать, в чём сущность кариеса и как его избежать
  • перечислить косметические средства, изготовленные с применением синтетических веществ
  • назвать маркировки добавок, содержащихся в продуктах питания, не рекомендуемых Госсанэпиднадзором для употребления

Выполните задания

  1. Приведите доказательства, что без химии немыслим быт современного человека.
  2. Расскажите, что такое СМС, ПАВ, какие преимущества и недостатки они имеют по сравнению с мылами.
  3. Объясните, что составляет основу чистящих средств и какие ещё компоненты входят в них.
  4. Ответьте, почему пятна белкового происхождения (молока, крови и др.) трудно отстирываются и почему бельё с такими пятнами нельзя кипятить.
  5. Перечислите меры предосторожности, необходимые при применении инсектицидов.
  6. Охарактеризуйте основные компоненты, входящие в состав зубной пасты.
  7. Опишите принцип действия дезодорантов двух типов, на свойствах каких химических веществ эти действия основаны и причину, по которой сокращается производство дезодорантов в аэрозольных упаковках.
  8. Назовите синтетические пищевые добавки, полученные в результате работы химиков, имеющие в маркировке букву «Е» и трёхзначный цифровой код.

Темы для рефератов

  1. Химия и красота.
  2. Химия и гигиена.
  3. Автокосметика.
  4. История мыла и шампуня.
  5. Косметика в Древнем Риме.
  6. Гигиена в средневековой Европе.
  7. Чёрный список пищевых добавок.

Рейтинг@Mail.ru