БЫТОВАЯ ХИМИЯ

МЫЛА И МОЮЩИЕ СРЕДСТВА

Мыло было известно человеку до новой эры летоисчисления. Ученые не располагают информацией о начале производства мыла в арабских странах и Китае. Древнейшая письменное упоминание о мыле в европейских странах встречается у римского писателя и ученого Плиния Старшего (23…79 г.). В трактате «Естественная история» (в 37 томах), который, собственно говоря, был энциклопедией естественно-научных знаний античности, Плиний писал о способах приготовления мыла омылением. жиров. Мало того, он писал о твердое и мягкое мыло, получаемое с использованием соды и поташа соответственно. Раньше для стирки одежды использовали щелок, образующийся от обработки золы водой. Скорее всего это было до того, как стало известно, что зола от сжигания топлива растительного происхождения содержит поташ. — подробнее по ссылке

Развитию мыловарения способствовало наличие сырьевых источников. Например, марсельская мыловаренная промышленность, известная с эпохи раннего средневековья, имела в распоряжении оливковое масло и соду. Оливковое масло получают простым холодным прессованием плодов масличных деревьев. Масло, полученную после первых двух прессовок, употребляли для пищевых целей, а после третьей – использовали для переработки на мыло. Марсельське мыло было важным товаром торговли уже в IX в. Оно уступило свое место международной торговле венецианскому мылу лишь с конца средних веков (XIV в.) Кроме Франции, мыловарение в Европе развивалось в Италии, Греции, Испании, на Кипре, т. е. в районах, культивирующих оливковые деревья. Первые немецкие мыловаренные были основаны в XIV веке.

Несмотря на то что в конце эпохи средневековья в разных странах существовала довольно развитая мыловаренная промышленность, химическая сущность процессов, конечно, была не ясна. Лишь на рубеже XVIII и XIX вв. была выяснена химическая природа жиров и внесена ясность в реакцию их омыления. В 1779 г. шведский химик Шееле показал, что при взаимодействии оливкового масла с оксидом свинца и водой образуется сладкое и растворимое в воде вещество. Решающий шаг на пути изучения химической природы жиров был сделан французским химиком Шеврелем. Он открыл стеариновую, пальмитиновую и олеиновую кислоты, как продукты разложения жиров при их омиленні водой и щелочами. Сладкое вещество, полученное Шееле, было Шеврелем названо глицерином. Сорок лет спустя Бертло установил природу глицерина и объяснил химическое строение жиров. Глицерин – трехатомный спирт. Жиры – сложные эфиры глицерина (глицериды) тяжелых одноосновных карбоновых кислот, преимущественно пальмитиновой CH₃(CH₂)₁₄COOH, стеариновой CH₃(CH₂)₁₆COOH и олеиновой CH₃(CH₂)₇CH = CH(CH₂)₇COOH.

В состав различных жиров входят в различных соотношениях пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и другие кислоты. В растительных (жидких) жирах преобладают непредельные кислоты (содержащие этиленовые связи), а в животных (твердых) — насыщенные кислоты, то есть без двойных связей. Потребности в твердых животных жирах больше, чем в растительных. Поэтому жидкие растительные жиры переводят в твердые каталитической гидрогенизацией. В этом процессе остатки ненасыщенных кислот в гліцеридах превращаются (присоединением водорода) в остатки насыщенных кислот.

Именно так получают кулинарные жиры, масло для обжаривания, салатное масло, а также жиры, идущие на производство маргарина. Гидрированные жиры называют саломаслами (сало из масла).

Важно то, что среди остатков различных кислот в гліцеридах (жирах) присутствует остаток линолевой кислоты CH₃(CH₂)₄CH = CHCH₂CH₂CH = CH(CH₂)₇COOH. В отличие от других эта кислота не синтезируется в организме человека, а вводится только с пищей. В настоящее время существует мнение, что линолевая кислота необходима для предотвращения атеросклероза — распространенной болезни, что служит одной из главных причин потери трудоспособности и преждевременной смерти. Необходимо отметить, что линолевая кислота ненасичена, а значит, она входит в состав главным образом растительных жиров.

В быту, не говоря о промышленности, моют различные предметы и объекты. Загрязняющие вещества бывают самые разнообразные, но чаще всего они малорастворимые или нерастворимые в воде. Такие вещества, как правило, являются гидрофобными, поскольку водой не смачиваются и с водой не взаимодействуют. Поэтому нужны и различные моющие средства.

Если попытаться дать определение, то мытьем можно назвать очистку загрязненной поверхности жидкостью, содержащей моющее вещество или систему моющих веществ. В качестве жидкости в быту используют главным образом воду. Хорошая моющая система должна выполнять двойную функцию: удалять загрязнение с этажи, и переводить его в водный раствор. Значит, моющее средство также должно обладать двойной функцией: способность взаимодействовать с забруднюючою веществом и переводить его в воду или водный раствор. Следовательно, молекула моющего вещества должна иметь гидрофобную и гидрофильную части. Фобос — по-гречески означает страх, боязнь. Значит, гидрофобность означает боящийся, избегающий воду. Філео — по-гречески — люблю, а гидрофильность — любящую, удерживающую воду. Гидрофобная часть молекулы моющего вещества имеет способность взаимодействовать с гидрофобной поверхностью загрязняющего вещества. Гидрофильная часть моющего вещества взаимодействует с водой, проникает в воду и увлекает с собой частицу загрязняющего вещества, присоединенную к гидрофобного конца.

Таким образом, моющие вещества должны обладать способностью адсорбироваться на приграничній поверхности, то есть иметь поверхностную активность. Их называют поверхностно-активными веществами (ПАВ).

Соли тяжелых карбоновых кислот, например CH₃(CH₂)₁₄COONa, являются типичными поверхностно-активными веществами. Они содержат гидрофильную часть (в данном случае — карбоксильну группу) и гидрофобную часть (углеводородный радикал).

Животные жиры — древнее и весьма ценное сырье миловарної промышленности. Они содержат до 40% (насыщенных) жирных кислот. Искусственные, т. е. синтетические, жирные кислоты получают из парафина нефти каталитическим окислением кислородом воздуха.

Молекула парафина при окислении разрывается в разных местах и потому получается смесь кислот, которые разделяются на фракции. При производстве мыла используют две фракции: C₁₀–C₁₆ C₁₇–C₂₀. В хозяйственное мыло синтетические кислоты вводят в количестве 35…40%. Для производства мыла также применяют нафтеновые кислоты, выделяемые при очистке нефтепродуктов (бензина, керосина и др.). С этой целью нефтепродукты обрабатывают раствором гидроксида натрия и получают водный раствор натриевых солей нафтеновых кислот (монокарбоновые кислоты ряда циклопентана и циклогексана). Этот раствор выпаривают и обрабатывают поваренной солью, в результате чего на поверхность раствора всплывает мазевидна масса темных цветов — милонафт. Для очистки милонафт обрабатывают серной кислотой, т. е. вытесняют из солей сами нафтеновые кислоты. Этот нерастворимый в воде продукт называют асидолом или асидол-милонафтом. Непосредственно из асидола можно изготавливать только жидкое или, в крайнем случае, мягкое мыло. Оно имеет нефтяной запах, но зато обладает бактерицидными свойствами.

В производстве мыла давно используют канифоль, которую получают при переработке живицы хвойных деревьев. Канифоль состоит из смеси смоляных кислот, содержащих в цепи около 20 углеродных атомов. В рецептуру хозяйственного мыла обычно вводят 12…15% канифоли от массы жирных кислот, а в рецептуру туалетных мыл — не более 10%. Введение канифоли в больших количествах делает мыло мягким и липким.

Процесс производства мыла состоит из химической и механической стадий. На первой стадии (варка мыла) получают водный раствор солей натрия (реже калия) жирных кислот или их заменителей (нафтеновых, смоляных). На второй стадии проводят механическую обработку этих солей — охлаждение, сушку, смешивание с различными добавками, отделку и упаковку.

Варку мыла заканчивают обработкой мыльного раствора (мыльного клея) избытком щелочи (NaOH) или раствором NaCl. В результате этого на поверхность раствора всплывает концентрированный слой мыла, называемый ядром. Полученное таким образом мыло называют ядровые, а процесс его выделения из раствора — відсілкою или висолюванням. При висолюванні происходит повышение концентрации мыла и его очистка от белковых, красящих и механических примесей — так получают хозяйственное мыло.

Если мыло варилось из животных или растительных жиров, то из раствора после отделения ядра выделяют глицерин, который образуется в результате омыления. Он находит широкое и разнообразное применение: в производстве взрывчатых веществ (тринітрогліцерину) и полимерных смол; в качестве умягчителя тканей и кожи; для парфюмерных, косметических и медицинских препаратов; при производстве кондитерских изделий и ликеров. Последним он придает вязкую консистенцию.

Для получения особо чистого и светлого мыла его очищают (шлифуют) переведением снова в раствор кипячением с горячей водой и повторным висолюванням. В результате шлифования мыло приобретает большую однородность, низкую вязкость и хорошую пластичность. Для изготовления туалетного мыла в очищенном ядровому мыле снижают содержание воды от 30 до 12%. Затем в него вводят парфюмерные отдушки, отбеливатели типа Ti₂, красители и др. Хорошие сорта туалетного мыла содержат до 50% мыла, полученного из импортного кокосового или пальмового масла. Кокосовое масло хорошо растворяется в холодной воде и характеризуется высоким пенообразованием. Иногда туалетное мыло содержит до 10% свободных жирных кислот. Самое дорогое туалетное мыло вполне изготавливают из кокосового масла.

Для улучшения некоторых характеристик хозяйственного мыла (иногда и туалетного), а также для удешевления в него вводят наполнители. К ним относятся некоторые натриевые соли (Na₂CO₃, Na₂B₄O₇, Na₅P₃O₁₀, жидкое стекло), которые при растворении в воде приводят к подщелачивания, клеи (казеин, казеиновый студень), углеводы (крахмал). Клеи и крахмал способствуют пенообразованию мыльного раствора и стойкости пены, однако моющей способностью не обладают. Для получения паст в жидкое хозяйственное мыло вводят тонкоизмельченный песок, толченый кирпич, жирные глины. Они способствуют механическому очищению. Такие мыла применяют для чистки кухонной посуды, неокрашенных мебели, полов и т.д.

Особое место среди наполнителей занимает сапонин, получаемый выщелачиванием некоторых растений и прежде всего мыльного корня. Он хорошо растворяется в воде и его растворы сильно пенятся. Поэтому сапонин используют для улучшения пенообразования и применяют для дорогих сортов мыл.

Следует отметить, что замена натрия на калий приводит к изменению консистенции мыла. Из твердого оно становится мягким или мазеподібним.

Ионы кальция и магния образуют с анионами тяжелых карбоновых кислот малорастворимые соли.Поэтому при стирке белья в жесткой воде, содержащей эти ионы, расход мыла повышается на 25…30%. Малорастворимые соли кальция и магния оседают на ткани, забивают поры и поэтому делают ткань грубой, менее эластичной, с плохой воздухо — и вологопроникністю. Такие ткани приобретают сероватый оттенок, а краска становится блеклой. Кроме того известковые мыла , которые осели на ткани, приводят к снижению ее прочности. Это происходит потому, что анионы ненасыщенных карбоновых кислот при сушке тканей окисляются кислородом воздуха с образованием веществ пероксидного характера. Они же окисляют целлюлозу, из которой состоят ткани. Для устранения вредных последствий жесткой воды в мыла вводят натрійтрифосфат Na₅P₃O₁₀. Анион P₃O₅^10– связывает ионы Ca²⁺ и Mg²⁺ в крепкие, но растворимые в воде соединения. По существу они играют роль умягчителя воды. С этой же целью натрійтрифосфат и другие поліфосфатні анионы добавляют и в стиральные порошки.

Кроме использования мыла в качестве моющего средства оно широко применяется при отделке тканей, в производстве косметических средств, для изготовления полировочных составов и водоэмульсионных красок. Есть и другое его применение. Алюминиевое мыло (алюминиевые соли смеси жирных и нафтеновых кислот) применяют в США для получения некоторых видов напалма — самозаймистої соединения, используемой в вогнеметах и воспалительных авіабомбах. Само слово напалм происходит от начальных слогов нафтенової и пальмитиновой кислот. Состав напалма довольно простой — это бензин, загущенный алюминиевым мылом.

В это время химическая промышленность выпускает большое количество различных синтетических моющих средств (стиральных порошков). Наибольшее практическое значение имеют соединения, содержащие насыщенный углеводородный цепь из 10…15 атомов углерода, так или иначе связан с сульфатной или сульфонатною группой.

Производство синтетических моющих средств основано на дешевой сырьевой базе, а точнее на продуктах переработки нефти и газа. Они, как правило, не образуют малорастворимых в воде солей кальция и магния.

Следовательно, многие из синтетических моющих средств одинаково хорошо моют как в мягкой, так и в жесткой воде. Некоторые средства пригодны даже для стирки в морской воде. Синтетические моющие средства действуют не только в горячей воде, как это характерно для хозяйственного мыла, но и в воде при сравнительно низких температурах, что важно при стирке тканей из искусственных волокон. Наконец, концентрация синтетических моющих веществ даже в мягкой воде может быть гораздо ниже, чем мыла, полученного из жиров. Синтетические моющие средства обычно представляют довольно сложную композицию, поскольку в них входят различные добавки: оптические отбеливатели, химические отбеливатели, ферменты, пенообразователи, смягчители. Рассмотрим вкратце каждую из них.

ОПТИЧЕСКИЕ ОТБЕЛИВАТЕЛИ

После нескольких стирок изделия из белые ткани желтеют или сереют. Для устранения оттенков, что появляются, вводят в синтетические моющие средства оптические отбеливатели. Их действие заключается в том, что они поглощают ультрафиолетовый свет (с длиной волны ~360 нм) и вновь испускают поглощенную энергию путем флуоресценции в синей области видимого спектра (при 430…440 нм). Возникающее при этом «посинение» изделия компенсирует пожелтение и делает изделие визуально более белым. Действие оптических отбеливателей напоминает действие синьки, что с давних пор использовавшейся при полоскании белья после стирки. Бытовая синька или ультрамарин – природный минерал лазурит, называемый также ляпис-лазурью. В монолитном виде он используется как производственный камень, а его очень тонкий порошок в давней древности применялся как синька. В 1828 г. ультрамарин был получен искусственно в лабораторных условиях. Для этого смесь каолина, соды и серы прожаривались в сильной струе воздуха. Состав ультрамарина выражают формулой Na6Al4Si6S4O24, однако его строение до сих пор не выяснена. Заменителем ультрамарина в быту является порошок белой глины (каолина) или мела с предварительно нанесенным на их поверхность органическими красителями синего цвета (органические синьки).

ХИМИЧЕСКИЕ ОТБЕЛИВАТЕЛИ

При стирке тканей необходимо не только удалить загрязнения, но и разрушить красящие соединения. Часто ими являются природные красители от ягод или вин. Эту функцию выполняют химические отбеливатели. Наиболее распространенным отбеливателем является перборат натрия. Его химическую формулу условно записывают в виде NaBO₂•H₂O₂•3H₂О. Из формулы видно, что отбеливающим составом служит пероксид водорода, который образуется в результате гидролиза пербората. Этот химический отбеливатель эффективно действует при 70°C и выше.

ОТБЕЛИВАЮЩИЕ ФЕРМЕНТЫ

Пятна белковых веществ и крови трудно отстирываются и плохо обесцвечиваются химическими отбеливателями. Для их устранения применяют специальные ферменты, которые вводят в качестве добавки к моющим системам. Ферменты действуют при замачивании изделий в холодной воде перед стиркой горячей водой. Однако они могут быть эффективны и непосредственно в процессе стирки.

ПЕНООБРАЗОВАТЕЛИ

Среди домохозяек бытует устаревшее мнение, что для успешного отстирывания тканей необходима обильная пена. Однако это представление справедливо лишь для порошков на основе мыла. В случае синтетических моющих средств прямой связи между відпиранням и пенообразующей способностью нет. Существуют соединения, которые имеют хорошие свойства, что отстирывают, но пены почти не дают. При использовании стиральных машин обильная пена иногда и нежелательна. Поэтому существуют пенообразователи на любой вкус. К усилителям пенообразования относят аміноспирт C₁₁H₂₃CONHCH₂CH₂OH и оксид амина

УМЯГЧИТЕЛИ

При стирке синтетическими моющими средствами и последующей сушке изделия из тканей (полотенца, пеленки и др.) могут стать твердыми на ощупь. Для ее устранения применяют смягчители. Это достигается полосканием в воде с добавкой специальных соединений. Наиболее известными смягчителями являются соединения четвертичных аммониевых оснований.

В состав смягчителей, которые выпускаются в виде раствора или пасты, входят также оптические отбеливатели и отдушка.

СРЕДСТВА УХОДА ЗА ЗУБАМИ

Зуб состоит из трех частей: коронки (часть, выступающая над десной), корня (часть, погруженная в альвеолу челюсти) и шейки — место перехода коронки в корень. Коронка покрыта эмалью, а под ней находится дентин. Корень покрыт слоем ткани, которую называют цементом. Эмаль, дентин и цемент — это твердые ткани. Внутри зуба имеется полость, которая содержит пульпу, состоящую из рыхлой соединительной ткани, в которой проходят нервы и сосуды, питающие ткани зуба.

Зубы подвержены ряду заболеваний и одно из самых распространенных является кариес. К сожалению, никому не удается избежать этого заболевания, но ограничить его распространение на много зубов можно, употребляя профилактических мероприятий. Сущность кариеса состоит в том, что под влиянием микроорганизмов и вырабатываемых ими кислот происходит разрушение тканей зуба. Самой прочной тканью является эмаль. Ее состав близок к минералу гідроксидапатиту Ca₅OH(PO₄)₃. При разрушении эмали микроорганизмы попадают в дентин, а затем в пульпу и вызывают ее воспаление (пульпит).

Закреплению микроорганизмов на эмали способствует зубной камень – твердые пористые отложения на зубах. Микроорганизмы поселяются в порах этого камня. Первая стадия образования зубного камня связано с отложением на зубах мягкого налета из остатков пищи. На второй стадии происходит минерализация мягкого налета, т. е. его пропитывание минеральными компонентами слюны. Слюна содержит ионы Ca2+ и HPO24–. Они препятствуют растворению эмали зуба, но, откладываясь в мягком налете в виде малорозчинної соли, приводят к его минерализации.

Слюна здорового человека имеет нейтральную реакцию (рн 7,0…7,5). В результате расщепления бактериями (Стрептококкус мутаніс) остатков пищи, содержащей углеводы (в частности, сахар), образуются органические кислоты — в основном молочная. Эти кислоты снижают рн до 4,5…5,0. В данных условиях разрушение эмали ускоряется, что и приводит к довольно неприятным результатам. Давно замечено, что любители сладкого часто не могут похвастаться хорошим состоянием зубов.

Таким образом, одним из путей профилактики кариеса является очистка зубов и полоскание ротовой полости после приема пищи. Это приводит к предотвращению образования мягкого налета и зубного камня.

Трудно сказать, когда люди начали чистить зубы, но имеются сведения, что одним из древнейших препаратов для чистки зубов была табачная зола. Еще сравнительно недавно для чистки зубов широко применяли зубные порошки. Они состоят из абразивного материала: чаще всего это мел CaCO3, реже CaHPO4, а иногда их смеси Эти абразивы получают химическим осаждением, например, согласно уравнению

Ca(NO₃)₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃? + 2NaNO₃

Естественную мел использовать нельзя, так как в нем содержатся твердые частицы от панцирей морских организмов, которые имеют высокую прочность и могут привести к сильному истиранию и повреждению эмали зуба. К абразивным материалам добавляют Mg, полученный прокаливанием MgCO₃. Оксид магния придает порошкам легкость и рыхлость. В некоторые сорта порошков вводят пероксид магния, обладающее отбеливающими свойствами. В небольших количествах в порошки включают поверхностно-активные вещества, например лаурилсульфат натрия C₁₂H₂₅OSO₃Na, а также отдушки – чаще всего ментол или экстракт мяты. В настоящее время существенно сокращено производство зубных порошков, поскольку они стали менее популярными, чем пасты.

Важнейшим средством ухода за зубами являются зубные пасты. Они имеют меньшую стираючу способность по сравнению с порошками, более удобны в применении и характеризуются более высокой эффективностью. Зубные пасты — это многокомпонентные соединения. Они разделяются на гигиенические и лечебно-профилактические. Первые только очищают и освежают, а вторые, кроме того, служат для профилактики заболеваний и способствуют лечению зубов и полости рта.

Основные компоненты зубной пасты следующие: абразивные, связующие, загущувачі, пенообразователи. Абразивные вещества обеспечивают механическую очистку зуба от налетов и его полировку. Как абразивы чаще всего применяют химически обработанную мел CaCO₃. Установлено, что компоненты зубной пасты способны влиять на минеральную составляющую зуба и, в частности, на эмаль. Потому как абразивы стали применять фосфаты кальция: CaHPO₄, Ca₃(PO₄)₂, Ca₂P₂O₇, а также малорастворимый полимер фосфат натрия (NaPO₃)_x. Кроме того, как абразивы в различных сортах паст применяют оксид и гидроксид алюминия, диоксид кремния, силикат циркония, а также некоторые органические полимерные вещества, например метилметакрилат натрия. На практике часто используют не одно абразивное вещество, а их смесь. Для превращения смеси абразивных порошков в стойкую пасту применяют желатинуючі компоненты. Их часто получают в промышленном масштабе из растений; например, из морских водорослей извлекают природные полисахариды: натриевые соли альгінових кислот и каррагінати. Из синтетических веществ широкое применение нашли производные клетчатки (хлопковой и древесной) — натрійкарбоксиметилцелюлоза, оксиэтилированные этиловый и метиловый эфиры целлюлозы или просто этиловый и метиловый эфиры целлюлозы. Для получения пластичной, тиксотропность массы, которая легко выдавливается из тюбика, применяют поліатомні спирты: глицерин, сорбит, полиэтиленгликоль. Они способствуют сохранению в пасте влаги при хранении, повышают температуру замерзания и улучшают вкусовые свойства пасты. Растительные экстракты чувствительны к действию микробов. Поэтому для устранения их разрушительного действия в состав паст вводят антисептические вещества: формальдегид, хлорированные фенолы и алкильные эфиры оксибензойних кислот.

В качестве пенообразующих веществ в зубных пастах в прошлом использовали мыла. Однако их низкая пенообразующая способность в жесткой воде и неприятный мыльный привкус снижали качество паст. Вместо мыла стали использовать алізаринове масло (сульфіроване касторовое масло).

Оно не связывается в малорозчинну вещество ионами кальция и магния и имеет смачивающие и бактерицидные свойства. Кроме него в качестве пенообразователей используют натрійлаурилсульфат C12H25OSO3Na и натрійлаурилсаркозінат.

Считают, что последний обладает антикарієсною действием. Уже в концентрации 0,3% он подавляет действие бактерий, образующих в полости рта молочную кислоту, которая разрушает эмаль зуба. Действие лаурилсаркозіната сохраняется в полости рта после чистки зубов в течение примерно 12 час. Хорошими пенообразующие, что очищают и смачивают свойствами обладает натриевая соль таурида жирной кислоты RCONHCH₂SO₃Na.

Борьбу с кариесом при помощи лечебно-профилактических зубных паст ведут по двум направлениям: 1) укрепление минеральной ткани зуба; 2) предупреждение образования зубного налета. Первое достигается введением в пасты соединений фтора: монофторфосфату натрия, формулу которого условно можно записать в виде двойной соли Na•NaPO₃, а также фторида натрия NaF и фторида олова (II) SnF₂. Существуют две точки зрения на влияние фторидних ионов на укрепление эмали зуба. 1. Ионы F– переводят гідроксидапатит эмали CaOH(PO4)3 в менее растворимый в кислотах фторапатит Ca₅F(PO₄)₃. 2. В результате обменной реакции в пасте образуется CaF2, который адсорбируется на гідроксидапатиті и предостерегает его от действия кислот. Известно также, что фторидные соединения способствуют подавленню жизнедеятельности бактерий, которые вызывают появление в полости рта органических кислот. Теперь в антикарієсних пастах стали широко использовать ферменты, а иногда в них вводят антибиотики.

В зубные пасты обязательно вводят отдушки и вкусовые компоненты. Самые распространенные отдушки мятного и коричного характера. Мятная овіддушка обеспечивается применением ментола, мятных масел — перечной или кудрявой мяты, а также различных модификаторов. В овіддушках применяют метилсалицилат, гвоздикову масло, евкалиптол, коричным альдегид. Как подсластители зачастую используют сахарин и некоторые его производные. За рубежом для этой цели рекомендуют кальцію глюконат натрия и дульцин вместе с небольшим количеством хлорида натрия или лимонной кислоты. Недавно стали применять натриевую соль цикламенової кислоты, по вкусу напоминает сахар.

Некоторые зарубежные фирмы приступили к производству безабразивних гелеподібних прозрачных зубных паст. В них используют гели Sio2, а также сополимеры акриловой кислоты и аллиловый спирт. Эти пасты обладают высокой пенообразующей способностью, имеют приятный вкус и красивый внешний вид. Они легко окрашиваются в различные яркие цвета — красный, синий, зеленый, желтый. Однако их очищающая способность намного ниже, чем паст с использованием абразивов.

ДЕЗОДОРАНТЫ И ОЗОНОВЫЙ «ЩИТ» ПЛАНЕТЫ

Каждый знает, что дезодоранты – это средства, устраняющие неприятный запах пота. На чем основано их действие? Пот выделяется особыми железами, расположенными в коже на глубине 1…3 мм. У здоровых людей на 98…99% он состоит из воды. С потом из организма выводятся продукты метаболизма: мочевина, мочевая кислота, аммиак, некоторые аминокислоты, жирные кислоты, холестерин, в следовых количествах белки, стероидные гормоны и др. Из минеральных компонентов в состав пота входят ионы натрия, кальция, магния, меди, марганца, железа, а также хлоридные и иодидные анионы. Неприятный запах пота связан с бактериальным расщеплением его составляющих или с окислением их кислородом воздуха. Дезодоранты (косметические средства от пота) бывают двух типов. Одни тормозят разложение выводимых с потом продуктов метаболизма путем инактивации микроорганизмов или предотвращения окисления продуктов потовыделения. Действие второй группы дезодорантов основано на частичном подавлении процессов потовыделения. Такие средства называют антиперспіранами. Этими свойствами обладают соли алюминия, цинка, циркония, свинца, хрома, железа, висмута, а также формальдегид, танины, этиловый спирт. На практике из солей в качестве антиперспіранів чаще всего используют соединения алюминия. Перечисленные вещества взаимодействуют с компонентами пота, образуя нерастворимые соединения, которые закрывают каналы потовых желез и тем самым уменьшают потоотделение. В оба типа дезодорантов вводят отдушки.

Чем же создается давление в аэрозольных баллонах? Это не праздный вопрос, потому что с ним, можно сказать, связана судьба человечества. Рабочее давление в баллонах создается парами сжиженного газа, либо за счет сжатого газа, например, N₂, CO₂ или N₂O. до сих Пор баллоны со сжатыми газами применялись редко, поскольку их рабочее давление падает по мере расходования содержимого баллона, то есть по мере увеличения объема парового пространства. В качестве веществ, создающих давление в аэрозольных баллонах, оказались удобными фторхлорвуглеводи.

Так, при 21°C давление паров над жидким CF₂Cl₂ составляет 5 атм, а над смесью (50%:50%) CF₂Cl₂ и CF₂Cl₂ 2,5 атм. Эти вещества, кроме того, имеют важное свойство – малую химическую активность в отношении многих веществ. Легкокиплячі и химически инертные вещества, используемые для создания повышенного давления в аэрозольных баллонах, называют пропеллентами. Таким образом, в аэрозольных баллонах в жидком веществе (основе), ради которого и создается устройство, міститьться жидкий пропеллент. Довольно часто растворы аэрозольного баллона (одеколоны, кремы для бритья и др.) содержат воду. Пропелленты CF₂Cl₂ и CFCl₃ впоследствии частично гидролизуются (взаимодействуют с водой) и потому нежелательны. В таких случаях в качестве пропеллента используют CF₂Cl – CF₂Cl (1,2-дихлортетрафторетан). В настоящее время принято международное соглашение по сокращению производства аэрозольных баллонов, содержащих в качестве пропеллентів фторхлорвуглеводи, поскольку установлено, что они плохо влияют на озоновый слой Земли.

В атмосфере на определенной высоте от Земли является повышенная концентрация озона. Он образуется в результате фотодиссоциации молекулярного кислорода и взаимодействия атомарного кислорода

O₂ ? [h? (свет)] > 2O

с молекулярным согласно уравнению

O + O₂ ? O₃*

молекулы озона образуются, содержат избыточную энергию, т. е. они возбуждены. Если не отвести от молекулы озона эту избыточную энергию, то она долго не просуществует, а распадется на выходные атомарный и молекулярный кислород. Чтобы молекула озона стала стабильной, она должна отдать избыток энергии какой-то другой молекуле, например молекуле азота:

O₃* + N₂ ? O₃ + N₂*

Концентрация озона в атмосфере зависит от двух причин. 1. Для диссоциации молекул O₂ на атомы нужно интенсивное коротковолновое солнечное излучение, которое поглощается по мере приближения к Земле. Следовательно, диссоциация O₂ на атомы преимущественно протекает в верхних слоях. 2. Для стабилизации молекул, образующихся озона необходимое столкновения с другими частицами, то есть разрежение воздуха не должно быть слишком большим, а значит, высота должна быть также не очень большая. В результате этих двух факторов, действующих в противоположных направлениях, озон накапливается в определенных слоях атмосферы. Опыт показывает, что наибольшая его концентрация наблюдается на высоте около 50 км. Этот слой атмосферы называют озоновым «щитом» планеты. Он играет чрезвычайно важную роль в сохранении жизни на Земле. Оказалось, что молекулы озона, как никакие другие, находящиеся в атмосфере, сильно поглощают фотоны с длиной волны от 200 до 310 нм, то есть ультрафиолетовое излучение Солнца. Известно, что растения и животные погибают при интенсивном облучении этим светом. Таким образом, можно сказать, что от концентрации озона зависит судьба нашей планеты.

Концентрация озона в атмосфере зависит от содержания оксидов азота и фторхлорметанів. Оксиды азота постоянно присутствуют в низких концентрациях в результате фотохимической взаимодействия азота и кислорода. Оксид азота (II) разрушает озон, а оксид азота (IV) связывает атомарный кислород.

Таким образом, оксиды азота играют роль катализаторов в разложении озона.

За 4,6 млрд лет существования нашей планеты установилось равновесие, и жизнь на Земле возникло и развилось при определенном равновесном состоянии атмосферы. Однако интенсивное развитие сверхзвуковой авиации начинает влиять на равновесие, что создалась в атмосфере. Поскольку сверхзвуковые самолеты предназначены для полетов в стратосфере, верхний предел которой подходит к «озоновому» слою, то появляется опасность влияния сверхзвуковой техники на этот слой. При сгорании топлива в двигателях самолетов в довольно больших количествах образуются оксиды азота.

Другим источником опасности для озонового слоя есть фторхлорметани (главным образом CF₂Cl₂ и CFCl₃). Эти вещества широко используют в баллонах в аэрозольной упаковке, а также в качестве хладагентов в промышленных и бытовых холодильниках. Фторхлорметани – чрезвычайно инертные химические вещества. В атмосфере они разрушаются только в верхних слоях под действием ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 190…225 нм. Одним из продуктов разложения фторхлорметанів является атомарный хлор:

CCl₄–xFx – [h? (свет)] ? CCl₃–xFx + Cl

Скорость разрушения фторхлорметанів максимальная на высоте около 30 км, т. е. в слое, примыкающем к озоновому. Атомарный хлор так же, как и оксиды азота, способен катализировать разложение озона.

Научная общественность высказывает озабоченность разрушением озонового слоя Земли и требует сокращения использования фторхлорметанів как распылители аэрозолей.

Необходимо отметить еще раз, что ожоги солнечным светом вызываются ультрафиолетовыми лучами в области длин волн 280…315 нм (эритемная область). Ультрафиолетовые лучи с длинами волн 315…400 нм способствуют образованию на коже человека пигмента меланина, который служит защитой от еритерми (от ожога). В некоторых странах налажен выпуск фотозащитных кремов, которые поглощают или отражают солнечные лучи еритемної области, но пропускают лучи, стимулирующие появление на коже загара. В качестве примеров фотозащитных соединений можно указать этиловый эфир цинаміліденоцтової кислоты (I) и 2-фенілбензоксазол (II).

КОСМЕТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

В мире считается, что среди наиболее прибыльных отраслей промышленности на одном из первых мест стоит косметическая. Наблюдения показывают, что если нужно, то женщины могут отказать себе во многом, только не в том, что сделает себе хотя бы чуточку красивее.

Искусство косметики уходит в далекое прошлое. Так, при раскопках найдены египетские мумии, ногти которых раскрашены. В усыпальницах египетских пирамид обнаружены натуральные краски и косметические инструменты, различные плитки для приготовления смеси красок и рум’янців, сосуды для хранения мазей и масел. Найден письменный документ — папирус Эберса, в котором изложены косметические правила и рецепты. Его написание относят к пятому тысячелетию до новой эры.

Письменные источники древней давности и наблюдения современных путешественников свидетельствуют о том, что на ранней стадии развития к раскрашиванию тела красками были неравнодушны и мужчины. Как атавизм этого можно рассматривать склонность некоторых мужчин к накожного татуировки. По мере развития культуры мужчины теряют этот интерес. Стремление женщин к подкрашивания кожи (особенно лица) наоборот усиливается. Ввиду всего, для женщин нет простой связи между культурой и количеством используемой косметики. Связь скорее можно уловить между количеством косметики и прирожденным вкусом.

Древние рукописи свидетельствуют, что уже тысячи лет назад женщины Востока подкрашивали веки в голубой цвет тончайшей пыльцой из толченой бирюзы. Бирюза – это природный минерал, имеющий состав СuАl₆(PO₄)₄(OH)₈•4H₂O.

С незапамятных времен для подкрашивания бровей использовался мягкий природный минерал – сурьмяного блеск Sb2S3. В русском языке было выражение «трубить брови». Сурьмяного блеск поставлялся в различные страны арабами, которые называли его стиби. От этого названия и пошло латинское стибіум, означавшее в древности не химический элемент, а его сульфид Sb₂S₃. Природный сурьмяного блеск имеет цвет от серого до черного с синей или радужной изменчивостью.

Доподлинно известно, что в России косметические краски применялись в конце XVI и особенно широко в XVII веке. Историк П. М. Лукьянов в одной из своих книг цитирует саксонского путешественника Олеарія, посетивший Россию в первой половине XVII века. и позднее описал свои впечатления: «Женщины в России среднего роста, вообще стройны, нежны лицом, но в городах все румянятся и так грубо и заметно, что глядя на них подумаешь, будто кто вымазал их рукою полною муки и потом кисточкой намазывал им на щеки в красную краску. Брови и ресницы они также подкрашивали черной, а иногда коричневой краской». Впечатления того же времени другого путешественника по России голландца Стрюйса на этот счет записаны следующими словами: «Хотя женщины обыкновенно белы, и кожа на лице их очень гладкая, все-таки они почти все румянятся или вернее натираются аляповато белилами и приглашают для этого білильщиць». Румянами в то время рисовали не только щеки, но и губы.

Естественно, что в древней древности как косметические препараты использовались только природные минеральные и органические вещества. С развитием химии для этой цели все чаще стали применять синтетические продукты. Так, например, в качестве пигмента для губных помад применяют малиново-красный бис-диметилгліоксимат никеля. Органический реагент диметилгліоксим химики-аналитики используют для качественного обнаружения и количественного определения ионов никеля (II).

Промышленность выпускает перламутровые губные помады и кремы, а также шампуни с перламутровыми блесками. Перламутровый эффект в косметических средствах создается солями вісмутила BiOCl и Ви(NO₃) или тітанірованою слюдой – перламутровым порошком, содержащим около 40% Ti₂. Давно известное жемчужные или испанские белила. Их основным компонентом является Ви(NO₃)₂, образующийся при растворении нитрата висмута Ві(NO₃)₃ в воде. В косметике эти белила используют для приготовления белого грима.

Для создания специальных косметических средств (гремел) применяют оксид цинка Zno, получаемый прокаливанием основного карбоната (ZnOH)₂CO₃. В медицине его используют в присыпках (в качестве вяжущего, подсушивающее, дезинфицирующего средства) и для изготовления мазей.

Косметические декоративные пудры – многокомпонентные смеси. В них входят: тальк, каолин, Zn, Ti₂, MgCO₃, крахмал, цинковые и магниевые соли стеариновой кислоты, а также органические и неорганические пигменты, в частности Fe₂O₃. Тальк придает пудре сыпучесть и скользящий эффект. Его недостатком является способность впитываться в кожу и придавать жирный блеск. Однако в состав пудр он входит в количестве до 50…80%. Каолин обладает высокой укривістю и способностью впитывать избыток жировых выделений кожи. Его повышенная гигроскопичность способствует неравномерному распределению пудры на коже, поэтому каолин вводят не более 25%. Оксиды цинка и титана обладают хорошей укривістю. Кроме того, оксид цинка обладает антисептическими свойствами и поэтому одновременно выполняет роль дезинфицирующей добавки. Эти оксиды вводят в пудры до 15%. В больших количествах они приводят к сухости кожи. Крахмал придает коже бархатистость, а благодаря стеаратам цинка и магния пудра хорошо удерживается на коже и делает ее гладкой.

Компактная пудра в отличие от рассыпной содержит добавки: натрійкарбоксиметилцелюлозу, высшие жирные кислоты, воски, многоатомные спирты и их эфиры, минеральные и растительные масла. Они позволяют получать при прессовании брикеты определенной формы, которые сохраняют прочность при длительном употреблении.

В быту в качестве дезинфицирующего и отбеливающего средства широко используют растворы (3, 6, 10%-ные) пероксида водорода. Более концентрированный — 30%-ный раствор пероксида водорода — называют пергідролем. Пероксид водорода — неустойчивое (особенно на свету) химическое соединение. Она разлагается на воду и кислород:

2H₂O₂ = 2H₂O + O₂

В момент образования кислород находится в атомарном состоянии и лишь затем переходит в молекулярный:

2О = O₂

Атомарный кислород имеет особенно сильную окислительную способность. Благодаря ему растворы пероксида водорода разрушают красящие вещества и відбілиюють ткани из хлопчатобумажных и шерстяных тканей, шелк, перья, волосы. Способность пероксида водорода обесцвечивать волосы используют в косметике. Она основана на взаимодействии атомарного кислорода с красящим веществом волос меланином — смесью сложных органических веществ. При окислении меланин переходит в бесцветное соединение. Стоит помнить, что пергидроль вызывает ожоги кожи и слизистых оболочек.

В настоящее время для окраски волос имеется большой ассортимент различных органических красителей.

Иногда же для этой цели применяют соли серебра, меди, никеля, кобальта, железа. В таком случае крашение волос осуществляют при помощи двух растворов. Один из них содержит соли данных металлов: нитраты, цитраты, сульфаты или хлориды, а второй — восстановители: пірогалол, танин и др. При смешении этих растворов ионы металлов восстанавливаются до атомов, которые и осаждаются на поверхности волос.

Наиболее распространенный лак для ногтей представляет раствор нитроцеллюлозы в органических растворителях. Нитроцеллюлозу получают нітруванням целюлозисумішшю азотной и серной кислот. Она является сложным эфиром азотной кислоты и характеризуется общей формулой [C₆H₇O₂(OH)₃–x(ONO₂)_x]_n. В качестве растворителей используют амиловый эфир уксусной кислоты, ацетон, различные спирты, этиловый эфир, а также их смеси. В лак добавляют пластификаторы — касторовое масло или другие экстракты, которые препятствуют обезжириванию ногтей и предотвращают их ломкость.

Стоит отметить, что косметика тесно соприкасается с гигиеной, потому что есть много косметических средств (лосьоны, кремы, шампуни и др.), которые выполняют и гигиеническую функцию.