Химия вокруг нас

Содержание Введение Вода Спички Бумага и карандаши Стекло Мыла и моющие средства Химические средства гигиены и косметика Химия в земледелии Свеча и электрическая лампочка Химические элементы в организме человека Использованная литература

Введение Повсюду, куда бы ни обратил свой взор, нас окружают предметы и изделия, изготовленные из веществ и материалов, которые получены на химических заводах и фабриках. Кроме того, в повседневной жизни, сам того не подозревая, каждый человек осуществляет химические реакции. Например, умывание с мылом, стирка с использованием моющих средств и др. Приготовление пищи это тоже химические процессы. Не зря говорят, что женщины-химики часто очень хорошие кулинары. Действительно, приготовление пищи на кухне иногда напоминает выполнение органического синтеза в лаборатории. Только вместо колб и реторт на кухне используют кастрюли и сковородки, но иногда и автоклавы в виде скороварок. Не стоит далее перечислять химические процессы, которые проводит человек в повседневной жизни.

Без продуктов химической промышленности современному человеку не обойтись, так же как нельзя обойтись без электричества. Такая же ситуация и с продуктами химической промышленности. Нужно протестовать не против некоторых химических производств, а против их низкой культуры.

Вода Вода в масштабе планеты. Человечество издавна уделяло большое внимание воде, поскольку было хорошо известно, что там, где нет воды, нет и жизни. В сухой земле зерно может лежать многие годы и прорастает лишь в присутствии влаги. Несмотря на то, что вода самое распространенное вещество, на Земле она распределена весьма неравномерно. Важным регулятором содержания СО2 в атмосфере является растительный покров Земли. В результате фотосинтеза растения превращают СО2 в клетчатку и освобождают кислород: CO2 + 6H2O-> C6H12O6 + 6O2

Основную роль в регулировании содержания СО2 в атмосфере играют океаны. Между Мировым океаном и атмосферой Земли устанавливается равновесие: углекислый газ СО2 растворяется в воде, превращаясь в угольную кислоту Н2СО3, и далее превращается в донные карбо­натные осадки. Дело в том, что в морской воде содержатся ионы кальция и магния, которые с карбонатным ионом могут превращаться в малорастворимый карбонат кальция СаСО3 и магния MgCO3. Вода в организме человека. Не очень легко предста­вить, что человек примерно на 65 % состоит из воды. С возрастом содержание воды в организме человека уменьшается. Эмбрион состоит из воды на 97 %, в теле новорожденного содержится 75 %, а у взрослого человека около 60 %.

Спички Высекание искр при ударе камня о кусок пирита FeS2 и поджигание ими обуглившихся кусков дерева или растительных волокон было способом получения огня человеком. В современной зажигалке воспламенение горючего производится под действием искры, получающейся от сгорания мельчайшей частицы «кремня», срезанной зубчатым колесиком. «Кремень» представляет собой смесь редкоземельных металлов (лантаноидов). В мелкораздробленном состоянии эта смесь пирофорна, т. е. само­воспламеняется на воздухе, образуя искру. Однако более ранний пирофор изготавливали из смеси поташа К2СО3 и высушенных квасцов K2SO4 Al2(SO4)3. К нему добавляли мелкодисперсный уголь или сажу и нагревали до каления без доступа воздуха. Порошок охлаждали и помещали в герметически закрытый сосуд, откуда он мог извлекаться по мере необходимости, Для добывания огня порошок высыпался на трут, вату или тряпки и уже в воздухе воспламенялся. Считают, что при прокаливании на оставшихся частичках угля образуется мелкодисперсный металлический калий, который, окисляясь на воздухе, и служит инициатором воспламенения.

Бумага и карандаши Волокна целлюлозы в древесине связаны между собой лигнином. Для удаления лигнина и освобождения от него целлюлозы проводят варку древесины. Распространенным способом варки является сульфитный. Он был разработан в США в 1866 г., а первый завод по данной технологии был построен в Швеции в 1874 г. Широкое промышленное значение способ получил с 1890 г По этому способу для отделения лигнина и некоторых других веществ, содержащихся в древесине, последняя варится в сульфитном щелоке, который состоит из Са(НSОз)2, H2SO3 и SO2.

Для обеспечения прочности соединения частиц пигментов с бумагой основой требуются связующие. Часто их роль выполняют вещества, обеспечивающие проклейку бумаги. В качестве минеральных пигментов широко используют каолин землистую массу, близкую по составу к глинам, но по сравнению с последними характеризующуюся пониженной пластичностью и повы­шенной белизной. Одним из старейших наполнителей является карбонат кальция (мел), потому такие бумаги и назвали мелованными. К известным пигментам также относятся диоксид титана ТiO2 и смесь гидроксида кальция Са(ОН)2 (гашеной извести) и сульфата алюми­ния A12(SO4)3. Последний, по существу, является смесью сульфата кальция CaSO4 и гидроксида алюминия А1(ОН)з, которые получаются в результате обменной реакции.

Для изготовления рабочей части графитового каран­даша готовят смесь графита и глины с добавкой небольшого количества гидрированного подсолнечного мас­ла. В зависимости от соотношения графита и глины получают грифель различной мягкости чем больше графита, тем более мягкий грифель. Смесь перемешивают в шаровой мельнице в присутствии воды в течение 100 ч. Приготовленную массу пропускают через фильтр-прессы и получают плиты. Их подсушивают, а затем из них выдавливают на шприц прессе стержень, который режут на части определенной длины. Стержни в спе­циальных приспособлениях высушивают и исправляют возникшую кривизну. Затем их обжигают при темпера­туре °С в шахтных тиглях.

Стекло Стекло, исходными компонентами шихты которого является кварцевый песок, сода и известь, называют натрий-кальциевым. Оно составляет около 90 % получаемого в мире стекла. При варке карбонат натрия и карбонат кальция разлагаются в соответствии с урав­нениями: Na2CO3 Na2O + CO2 Са СОз СаО + СО2 В результате в состав стекла входят оксиды SiO2, Na2O и СаО. Они образуют сложные соединения силикаты, которые являются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты. В стекло вместо Na2O с успехом можно вводить К2О, а СаО может быть заменен MgO, PbO, ZnO, BaO. Часть кремнезема можно заменить на оксид бора или оксид фосфора (введением соединений борной или фосфорной кислот). В каждом стекле содержится немного глинозема Аl2О3, попадающего из стенок стекловаренного сосуда. Иногда его добавляют специально. Каждый из перечисленных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэтому, варьируя этими оксидами и их количеством, получают стекла с заданными свойствами. Например, оксид борной кислоты В2О3 приводит к понижению коэффициента теплового расширения стекла, а значит, делает его более устойчивым к резким температурным изменениям. Свинец сильно увеличивает показатель преломления стекла. Оксиды щелочных металлов увели­чивают растворимость стекла в воде, поэтому для химической посуды используют стекло с малым их содержанием.

Мыла и моющие средства 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 омылении 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 СНз(СН2)14СООН, стеариновой СН3(СН2)16COOH и олеиновой СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН. Их формулу и реакцию гидролиза можно описать следующим образом: CH2OOCR1 R1COONa CH2OH | CHOOCR2 + 3NaOHR2COONa + СНОН | CH2OOCR3 R3COONa CH2OH Жир соли глице- кислот рин

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) предельные кислоты, т. е. не содержащие двойных связей. Потребности в твердых животных жирах большие, чем в растительных. Поэтому жидкие растительные жиры переводят в твердые каталитической гидрогенизацией. В этом процессе остатки непредельных кислот в глицеридах превращаются (присоединением водорода) в остатки предельных кислот. Например, Именно так получают кулинарные жиры, масло для обжаривания, салатное масло, а также жиры, идущие на производство маргарина. Гидрированные жиры называют сало маслами (сало из масла).

Химические средства гигиены и косметики Слово гигиена происходит от греч. гигиенос, что означает целебный, приносящий здоровье, а косметика от греч., означающее искусство украшать. 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.

Дезодоранты и озоновый «щит» планеты. Дезодоранты это средства, устраняющие неприятный запах пота. На чем основано их действие? Пот выделяется особыми железами, расположенными в коже на глубине 13 мм. У здоровых людей на % 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.

Концентрация озона в атмосфере зависит от содержания оксидов азота и фторхлорметанов. Оксиды азота постоянно присутствуют в низких концентрациях в результате фотохимического взаимодействия азота и кислорода. Оксид азота (II) разрушает озон, а оксид азота (IV) связывает атомарный кислород в соответствии с уравнениями О3 + NO NO2 + О2 NO2 + O NO + О2 Оз + О 2О2 Таким образом, оксиды азота играют роль катализаторов в разложении озона

Косметические средства. 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 Сu16(РО4)4(ОН)84Н2О. С незапамятных времен для подкрашивания бровей использовался мягкий природный минерал сурьмяный блеск Sb2S3. В русском языке было выражение «сурьмить брови». Сурьмяный блеск поставлялся в различные страны арабами, которые называли его стиби. От этого названия и пошло латинское стибиум, означавшее в древности не химический элемент, а его сульфид Sb2S3. Природный сурьмяный блеск имеет цвет от серого до черного с синей или радужной побежалостью. Промышленность выпускает перламутровые губные помады и кремы, а также шампуни с перламутровыми блесками. Перламутровый эффект в косметических средствах создается солями висмутила ВiOСl и BiO(NO3) или титанированной слюдой перламутровым порошком, содержащим около 40 % ТiO2. Давно известны жемчужные или испанские белила. Их основным компонентом является BiO(NO3)2, образующийся при растворении нитрата висмута Bi(NO3)з в воде. В косметике эти белила используют для приготовления белого грима.

Для создания специальных косметических средств (гримов) применяют оксид цинка ZnO, получаемый прокаливанием основного карбоната (ZnOH)2CO3. В медицине его используют в присыпках (в качестве вяжущего, подсушивающего, дезинфицирующего средства) и для изготовления мазей. Косметические декоративные пудры многокомпонентные смеси. В них входят: тальк, каолин, ZnO, TiO2, 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. Тем не менее, в состав пудр он входит в количестве до %. Каолин обладает высокой укрывистостью и способностью впитывать избыток жировых выделений кожи. Его повышенная гигроскопичность способствует слеживаемости и неравномерному распределению пудры на коже, поэтому каолин вводят не более 25 %. Оксиды цинка и титана обладают хорошей укрывистостью. Кроме того, оксид цинка обладает антисептическими свойствами и потому 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.

Химия в земледелии Почва как ионообменник из катионов «заряжена» главным образом ионами кальция Са 2+, в меньшей мере магния Mg2+ и еще в меньшей мере ионами аммония NH, натрия Na+ и калия К+. Ионы кальция Са 2+ и магния Mg2+ способствуют поддержанию прочной струк­туры почвы. Под структурностью почвы работники сельского хозяйства понимают ее способность распадаться на отдельные комочки. Ионы К+ или NH и особенно Na+, напротив, способствуют разрушению структурных агрегатов почвы и усиливают вымывание гумуса и минеральных веществ. Во влажном состоянии такая почва становится липкой, а в сухом превращается в глыбы, не поддающиеся обработке (солонец). Вытекающая из такой почвы вода имеет цвет чайного настоя, что указывает на потерю гумуса. Важное значение играет химическое связывание почвой анионов некоторых кислот. Нитратные NO и хлоридные Сl анионы не дают малорастворимых соединений с катионами, обычно содержащимися в почве. Напротив, анионы фосфорной, угольной, серной кислот образуют с ионами кальция малорастворимые соединения. Это и обусловливает химическую поглотительную способность почв.

Свеча и электрическая лампочка Стеариновая кислота СН3(СН2)16СООН была открыта в сале в 1816 г. французским химиком Шеврелем. Вместе с Гей-Люссаком в 1825 г. он взял в Англии привилегию на приготовление стеариновых свеч. Парафиновые свечи вначале были довольно дорогими, так как парафин извлекали при перегонке дегтя растительных веществ. Затем в Англии его начали добывать из торфа. Однако и в том и другом случае он получался лишь в небольших количествах. Коренное изменение произошло с налаживанием крупномасштабной переработки нефти. Сейчас это один из наиболее доступных нефтехимических продуктов. Парафин смесь предельных углеводородов С18С35. Смесь предельных углеводородов С36С55 называют церезином. Современные свечи состоят из смеси парафина и церезина.

Лампочка состоит из стеклянного баллона, в который введены держатели спирали, и из самой спирали. Спираль изготовлена из вольфрама одного из наиболее тугоплавких металлов. Его температура плавления равна 3410 °С. Для увеличения срока службы электрических ламп накаливания в баллон добавляют небольшое количество йода. Он выполняет роль собаки, охраняющей отару овец. В зоне с температурой приблизительно 1600 °С иод взаимодействует с оторвавшимися от нити атомами вольфрама, переводя их в соединение Wl2. При хаотическом движении рано или поздно молекула иодида вольфрама (II) попадает в область более высоких температур, где она продиссоциирует в соответствии с уравнением WI2 W + 2l Таким образом, иод возвращает атомы вольфрама в зону, окружающую нить и, следовательно, препятствует ее испарению. В йодных лампах на стенках стеклянного баллона не бывает и следов темного налета металлического вольфрама. По этой причине светоотдача таких ламп со временем не снижается, а срок службы увеличивается.

Химические элементы в организме человека Имеется большое число элементов, являющихся ядами для живого организма, например ртуть, таллий, свиней и др. Они оказывают неблагоприятное биологическое влияние, но без них организм может функционировать. Существует мнение, что причина действия этих ядов связана с блокированием определенных групп в молекулах протеинов или же с вытеснением из некоторых ферментов меди и цинка. Бывают элементы, которые в относительно больших количествах являются ядом, а в низких концентрациях оказывают полезное влияние на организм. Например, мышьяк является сильным ядом, нарушающим сердечно-сосудистую систему и поражающим печень и почки, но в небольших дозах он прописывается врачами для улучшения аппетита человека. Ученые считают, что микродозы мышьяка повышают устойчивость организма к действию вредных микробов. Широко известно сильное отравляющее вещество иприт S(СН2СН2С1)2. Однако в разбавленном в тыс. раз вазелином под названием «Псориазина» его применяют против чешуйчатого лишая. Современная фармакотерапия пока еще не может обойтись без значительного числа лекарственных средств, в состав которых входят токсичные металлы. Как здесь не вспомнить поговорку, что в малых коли­чествах лечит, а в больших калечит.

Некоторые соединения ртути чрезвычайно ядовиты. Известно, что ионы ртути (II) способны прочно соединяться с белками. Ядовитое действие хлорида ртути (II) HgCl2 (сулемы) проявляется, прежде всего, в некрозе (омертвлении) почек и слизистой оболочки кишечника. В результате ртутного отравления почки теряют способность выделять из крови продукты жизнедеятельности организма. Интересно, что хлорид ртути (I) Hg2Cl2 (древнее название каломель) безвреден для организма человека. Вероятно, это объясняется чрезвычайно низкой растворимостью соли, в результате чего ионы ртути не попадают в заметных количествах в организм. Цианистый калий (Цианид калия) KCN соль синильной кислоты HCN. Оба соединения являются быстродействующими и сильными ядами

Использованная литература 1. Краткая химическая энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия, 1961 – Т. IV. 2. Советский энциклопедический словарь. – М:: Сов. энциклопедия, Августиник А.И. Керамика. – Л.: Стройиздат, Андреев И.Н. Коррозия металлов и их защита. – Казань: Татарское книжное изд-во, Бетехтин А.Г. Минералогия. – М.: Гос. изд-во геологической литературы, Бутт Ю.М., Дудеров Г.Н., Матвеев М.А. Общая технология силикатов. – М.: Госстройиздат, Быстрое Г.П. Технология спичечного производства. – М.–Л.: Гослесбумиздат, Витт Н. Руководство к свечному производству. – Санкт-Петербург: Типография департамента внешней торговли, Войтович В.А., Мокеева Л.Н. Биологическая коррозия. – М.: Знание, Войцеховская А.Л., Вольфензон И. И. Косметика сегодня. – М.: Химия, Дудеров И.Г., Матвеева Г.М.,. Суханова В.Б. Общая технология силикатов. – М.: Стройиздат, Козловский А.Л. Клеи и склеивание. – М.: Знание, Козмал Ф. Производство бумаги в теории и на практике. – М.: Лесная промышленность, Кукушкин Ю.Н. Соединения высшего порядка. – Л.: Химия, Кульский Л.А., Даль В.В. Проблема чистой воды. – Киев: Наукова думка, Лепешков И.Н., Розен Б.Я. Минеральные дары моря. – М.: Наука, Лосев К.С. Вода, – Л.: Гидрометеоиздат, Лукьянов П.М. Краткая история химической промышленности СССР. М.: Изд-во АН СССР, Лялько В.И. Вечно живая вода. – Киев: Наукова дума, Петербургский А.В. Агрохимия и система удобрений. – М.: Колос, Теддер Дж., Нехватал А., Джубб А. Промышленная органическая химия. М.: Мир, Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. – Л.: Химия, Чалмерс Л. Химические средства в быту и промышленности – Л.: Химия, Чащин А.М. Химия зеленого золота. М.: Лесная промышленность, Энгельгардт Г., Гранич К., Риттер К. Проклейка бумаги. – М.: Лесная промышленность, 1975.