Химические средства гигиены и косметики

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. При опускании кусочка лимона в стакан горячего чая происходит ослабление окраски — чай здесь выступает в роли кислотного индикатора, подобного лакмусу. Аналогичное кислотно-основное взаимодействие проявляется при смачивании уксусом нарезанной синей капусты. Хозяйки знают, что капуста при этом розовеет. Зажигая спичку, замешивая песок и цемент с водой или гася водой известь, обжигая кирпич, мы осуществляем настоящие, а иногда и довольно сложные химические реакции. Объяснение этих и других широко распространенных в жизни человека химических процессов — удел специалистов.

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. Необходимо лишь отметить, что в любом живом организме в огромных количествах осуществляются различные химические реакции. Процессы усвоения пищи, дыхания животного и человека основаны на химических реакциях. В основе роста маленькой травинки и могучего дерева также лежат химические реакции.

Химия - это наука, важная часть естествознания. Строго говоря, наука не может окружать человека. Его могут окружать результаты практического приложения науки. Это уточнение весьма существенное. В настоящее время часто можно слышать слова: «химия испортила природу», «химия загрязнила водоем и сделала его непригодным для использования» и т. д. На самом же деле наука химия здесь вовсе непричем. Люди, используя результаты науки, плохо оформили их в технологический процесс, безответственно отнеслись к требованиям правил безопасности и к экологически допустимым нормам промышленных сбросов, неумело и не в меру использовали удобрения на сельскохозяйственных угодьях и средства защиты растений от сорняков и вредителей растений. Любая наука, особенно естествознание, не может быть хорошей или плохой. Наука — накопление и систематизация знаний. Другое дело, как и в каких целях используются эти знания. Однако это уже зависит от культуры, квалификации, моральной ответственности и нравственности людей, не добывающих, а использующих знания.

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.

Культура человека — сложное и разноплановое понятие, при котором возникают такие категории, как умение человека вести себя в обществе, правильно владеть родным языком, следить за опрятностью своей одежды и внешним видом и т. д. Однако мы часто говорим и слышим о культуре строительства, культуре произ­водства культуре ведения сельского хозяйства и т. д. Действительно, когда речь заходит о культуре Древней Греции или еще более ранних цивилизациях, то прежде всего вспоминают о ремеслах, которыми владели люди той эпохи, какие орудия труда они использовали, что умели строить, как умели украшать строения и отдельные предметы.

Многие важные для человека химические процессы были открыты задолго до того, как химия оформилась в науку. Значительное количество химических открытий было сделано наблюдательными и любознательными ремесленниками. Эти открытия переходили в семейные или клановые секреты и далеко не все дошли до нас. Часть из них была утеряна для человечества. Приходилось и приходится затрачивать огромный труд, создавать лаборатории, а иногда и институты для раскрытия секретов древних мастеров и их научного толкования.

Многие не знают, как устроен телевизор, но успешно пользуются им. Однако знание устройства телевизора никогда и никому не помешает в правильной его эксплуа­тации. Так и с химией. Понимание сущности химических процессов, с которыми мы встречаемся в повседневной жизни, может принести человеку только пользу.

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. На африканском континенте и в Азии имеются огромные пространства, лишенные воды, — пустыни. Целая страна — Алжир — живет на привозной воде. Воду доставляют на судах в некоторые прибрежные районы и на острова Греции. Иногда там вода стоит дороже вина. По данным Организации Объединенных Наций, в 1985 г. 2,5 млрд. населения земного шара испытывали недостаток в чистой питьевой воде.

Поверхность земного шара на ³/₄ покрыта водой — это океаны, моря; озера, ледники. В довольно больших количествах вода находится в атмосфере, а также в зем­ной коре. Общие запасы свободной воды на Земле составляют 1,4 млрд. км³. Основное количество воды со­держится в океанах (около 97,6%), в виде льда на нашей планете воды имеется 2,14 %. Вода рек и озер составляет всего лишь 0,29 % и атмосферная вода — 0,0005 %.

Таким образом, вода находится на Земле в постоян­ном движении. Среднее время ее пребывания в атмосфе­ре оценивается 10 сутками, хотя и меняется с широтой местности. Для полярных широт оно может достигать 15, а в средних — 7 суток. Смена воды в реках происходит в среднем 30 раз в год, т. е. каждые 12 дней. Влага, содержащаяся в почве, обновляется за 1 год. Воды проточных озер обмениваются за десятки лет, а непроточ­ных за 200—300 лет. Воды Мирового океана обновляют­ся в среднем за 3000 лет. Из этих цифр можно получить представление о том, сколько времени необходимо для самоочистки водоемов. Нужно лишь иметь в виду, что если река вытекает из загрязненного озера, то время ее самоочистки определяется временем самоочистки озера.

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 %.

В здоровом организме взрослого человека наблюдает­ся состояние водного равновесия или водного баланса. Оно заключается в том, что количество воды, потреб­ляемое человеком, равно количеству воды, выводимой из организма. Водный обмен является важной составной частью общего обмена веществ живых организмов, в том числе и человека. Водный обмен включает процессы всасывания воды, которая поступает в желудок при питье и с пищевыми продуктами, распределение ее в организме, выделения через почки, мочевыводящие пу­ти, легкие, кожу и кишечник. Следует отметить, что вода также образуется в организме вследствие окисле­ния жиров, углеводов и белков, принятых с пищей. Такую воду называют метаболической. Слово метабо­лизм происходит от греческого, что означает перемена, превращение. В медицине и биологической науке мета­болизмом называют процессы превращения веществ и энергии, лежащие в основе жизнедеятельности организ­мов. Белки, жиры и углеводы окисляются в организме с образованием воды Н₂О и углекислого газа (диоксида углерода) СО₂. При окислении 100 г жиров образуется 107 г воды, а при окислении 100 г углеводов — 55,5 г воды. Некоторые организмы обходятся лишь метаболи­ческой водой и не потребляют ее извне. Примером является ковровая моль. Не нуждаются в воде в природ­ных условиях тушканчики, которые водятся в Европе и Азии, и американская кенгуровая крыса. Многие знают, что в условиях исключительно жаркого и сухого климата верблюд обладает феноменальной способностью долгое время обходиться без пищи и воды. Например, при массе 450 кг за восьмидневный переход по пустыне верблюд может потерять 100 кг в массе, а потом восста­новить их без последствий для организма. Установлено, что его организм использует воду, содержащуюся в жидкостях тканей и связок, а не крови, как это происходит с человеком. Кроме того, в горбах верблюда содер­жится жир, который служит одновременно запасом пищи и источником метаболической воды.

Общий объем воды, потребляемый человеком в сутки при питье и с пищей, составляет 2—2,5 л. Благодаря водному балансу столько же воды и выводится из организма. Через почки и мочевыводящие пути удаляется около 50—60 % воды. При потере организмом человека 6—8 % влаги сверх обычной нормы повышается темпе­ратура тела, краснеет кожа, учащается сердцебиение и дыхание, появляется мышечная слабость и головокруже­ние, начинается головная боль. Потеря 10 % воды может привести к необратимым изменениям в организме, а поте­ря 15—20 % приводит к смерти, поскольку кровь на­столько густеет, что с ее перекачкой не справляется сердце. В сутки сердцу приходится перекачивать около 10 000 л крови. Без пищи человек может прожить около месяца, а без воды — всего лишь несколько суток. Реакцией организма на нехватку воды является жажда. В этом случае ощущение жажды объясняют раздраже­нием слизистой оболочки рта и глотки из-за большого понижения влажности. Существует и другая точка зре­ния на механизм формирования этого ощущения. В соот­ветствии с ней сигнал о понижении концентрации воды в крови на клетки коры головного мозга подают нервные центры, заложенные в кровеносных сосудах.

Водный обмен в организме человека регулируется центральной нервной системой и гормонами. Нарушение функции этих регуляторных систем вызывает нарушение водного обмена, что может приводить к отекам тела. Конечно, различные ткани человеческого организма со­держат различное количество воды. Самая богатая водой ткань — стекловидное тело глаза, содержащее 99%. Самая же бедная — эмаль зуба. В ней воды всего лишь 0,2%. Много воды содержится в веществе мозга.

Важной функцией океанов и морей является регулирование содержания в атмосфере углекислого газа (диоксида углерода). Его относительное содержание в атмосфере невелико и составляет всего лишь 0,03— 0,04 %, Однако общая масса, заключающаяся в атмо­сфере, очень большая — 2000—2500 млрд. т. В связи с развитием энергетики, промышленности и транспорта сжигается огромное количество угля и нефтепродуктов. Основным продуктом их окисления является СО₂. Учеными установлено, что атмосферный СО₂ обладает способностью задерживать, т. е. не пропускать в косми­ческое пространство, тепловое излучение Земли («пар­никовый эффект»). Чем больше СО₂ в атмосфере, тем теплее климат Земли. Общее потепление климата может привести к катастрофическим последствиям. В результате потепления усилится таяние льдов на полюсах планеты и в горных районах, что приведет к повышению уровня Мирового океана и к затоплению огромных площадей су­ши. Подсчитано, что если расплавить все ледники Гренлан­дии и Антарктиды, то уровень океана поднимется почти на 60 м. Нетрудно догадаться, что тогда Санкт-Петербург и многие приморские города окажутся под водой. 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

Уместно отметить, что растения — основные поставщики атмосферного кислорода, а его источником прямо или косвенно является вода. Ежегодное продуцирование кис­лорода земной растительностью планеты составляет 300 млрд. т.

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. Многие морские орга­низмы извлекают первую соль из морской воды и строят из нее панцири. При отмирании этих организмов за боль­шие периоды времени на дне образуются огромные скоп­ления панцирей. Так формируются залежи мела, а в результате вторичных геологических превращений — за­лежи известняков, часто в виде бутовых плит. Как мел, так и бутовый камень широко используют в строитель­ном деле.

Зеленому покрову Земли невозможно справиться с задачей удержания примерно на одном и том же уровне содержания СО₂ в атмосфере. Подсчитано, что наземные растения для построения своего тела ежегодно потребляют из атмосферы 20 млрд. т СО₂, а обитатели океанов и морей извлекают из воды 155 млрд. т в пересчете на СО₂.

Не менее важным веществом в создании «парнико­вого эффекта», чем СО₂, является атмосферная вода. Она также перехватывает и поглощает тепловое излуче­ние Земли. Однако в атмосфере ее гораздо больше, чем углекислого газа. Атмосферную влагу, особенно в виде облаков, иногда сравнивают с «одеялом» планеты. Многие замечали, при ясном и безоблачном небе ночи бывают холоднее, чем в облачную погоду.

К основным потребителям пресной воды относятся: сельское хозяйство (70%), промышленность, включая энергетику (20 %) и коммунальное хозяйство (~ 10 %). В промышленном производстве наиболее водоемкими яв­ляются химическая, целлюлозно-бумажная и металлурги­ческая промышленность. Так, на изготовление I т синте­тического волокна расходуется 2500—5000, пласт­массы — 500—1000, бумаги — 400—800, стали и чугуна — 160—200 м³ воды. Опыт показывает, что на быто­вые нужды житель благоустроенного города расходует 200—300 л воды в день. Распределение потребления воды в среднем следующее: на приготовление пищи и питье расходуется всего лишь 5 %, в смывном бачке туалета — 43, для ванны и душа — 34, на мытье посуды — 6, на стирку — 4, на уборку помещения — 3 %.

Для приготовления пищи и в качестве питьевой может быть использована природная вода, если она не содержит вредных микроорганизмов, а также вредных минераль­ных и органических примесей, если она прозрачна, бес­цветна и не имеет привкуса и запаха. В соответствии с Государственным стандартом содержание минеральных примесей не должно превышать 1 г/л. Кислотность воды в единицах рН должна быть в пределах 6,5—9,5. Концентрация нитратного иона не должна превышать 50 мг/л. Естественно, что она должна также отвечать бактериологическим требованиям и иметь допустимые показатели на токсичные химические соединения. Этим требованиям наиболее часто удовлетворяет колодезная и родниковая вода. Однако в больших количествах найти воду, отвечающую Государственному стандарту, трудно. Поэтому ее приходится очищать на специальных станциях. Основными стадиями очистки являются фильт­рование (через слой песка) и обработка окислителями (хлором или озоном). В некоторых случаях приходится применять коагуляцию. Для этого используют сульфат алюминия A1₂{SO₄)3. В слабощелочной среде, создавае­мой карбонатами кальция, под действием воды эта соль гидролизуется и из нее получается хлопьевидный осадок гидроксида алюминия Аl(ОН)₃, а также сульфат кальция CaSO₄ в соответствии с уравнением

Al₂ (SO₄)₃ + ЗСа (НСО₃)₂ = 2AI (ОН) ₃ ↓ + 3CaSO₄↓ + 6СО₂

Гидроксид алюминия А1(ОН)₃ вначале образуется в виде мелких коллоидных частиц, которые со временем объединяются в более крупные. Этот процесс называют коагуляцией. При коагуляции хлопья А1(ОН)₃ захваты­вают взвешенные примеси и сорбируют на своей развитой поверхности органические и минеральные вещества.

С давних пор для стерилизации питьевой воды ис­пользовалось простое кипячение, а древние греки добав­ляли в воду сухое вино, что создавало кислую среду, в которой погибали многие болезнетворные микробы.

Питьевая вода должна содержать небольшие количества растворенных солей и газов. В зависимости от них в различных местах вода отличается по вкусу. Макрокомпонентами химического состава поверхностных и некоторых подземных вод считают ионы Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Са²⁺, SO₄, Сl, NO₃. Ионы Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ в заметных количествах содержатся только в локальных подземных водах, характеризующихся кислой средой. Кремниевая кислота H₂SiO₃ является преобладающим компонентом в некоторых типах грунтовых и поверх­ностных вод с очень малой минерализацией, а также в термальных водах. Границей между пресной и минераль­ной водой считается содержание минеральных химиче­ских соединений в количестве 1 г/л.

Природные воды, содержащие соли, растворенные га­зы, органические вещества в более высоких концентра­циях, чем питьевая, называют минеральными. Некоторые из минеральных вод содержат биологически активные компоненты: СО₂, H₂S, некоторые соли (например, суль­фаты натрия и магния), соединения мышьяка, радио­активные элементы (например, радон) и др. Поэтому минеральные воды с давних пор использовали в качестве лечебного средства. В настоящее время минеральные воды делят на лечебные, лечебно-столовые и столо­вые.

Лечебные минеральные воды проявляют свое действие в одних случаях при наружном, а в других — при внут­реннем применении. Конечно, воды, пригодные для внут­реннего применения, иногда оказываются полезными и при наружном использовании. В качестве лечебных вод широко известны сероводородные (например, воды в районе курорта Мацеста), в качестве лечебно-столовой воды наиболее известна «Боржоми», а в качестве столовых вод — «Нарзан» и «Ессентуки № 20». В раз­личных районах нашей страны как столовые широко используют разные местные минеральные воды, напри­мер, в Санкт-Петербурге известна вода «Полюстрово». Перед разливом в бутылки столовые минеральные воды обычно дополнительно насыщают углекислым газом до концентрации 3—4 %.

Дистиллированная вода, полученная конденсацией пара, практически не содержит солей и растворенных газов и потому неприятна на вкус. Кроме того, при продолжительном употреблении она даже вредна для организма. Это связано с вымыванием из клеток тканей желудка и кишечника содержащихся в них солей и микроэлементов, которые необходимы для нормального функционирования организма.

Поскольку вода является очень хорошим растворите­лем, в природе она всегда содержит растворенные веще­ства, так как не существует абсолютно нерастворимых веществ. Их количество и характер зависят от состава пород, с которыми вода находилась в контакте.

Наименьшее количество примесей и растворенных ве­ществ содержится в дождевой воде. Однако даже она содержит растворенные газы, соли и твердые частицы. Соли, содержащиеся в дождевой воде, имеют свое происхождение из океанов и морей. Лопающиеся пузырь­ки на поверхности океанов выбрасывают в атмосферу довольно большое количество солей. Они захватываются потоками воздуха {особенно в штормовую погоду) и рас­пределяются в атмосфере. Твердый остаток, который образуется при испарении дождевой воды,— это частич­ки пыли, захваченные капельками дождя. Из 30 л дож­девой воды при испарении остается примерно 1 г сухого остатка. Растворенными газами являются как основные компоненты воздуха, так и загрязнения, встречающиеся в данном районе. Состав дождевых осадков над морем согласуется с правилом, согласно которому он идентичен тому, что получается при добавлении к 1 л дистиллиро­ванной воды 1,5 мл морской воды.

Получение высокочистой воды — весьма сложная за­дача. Поскольку она хранится в каком-то сосуде, в ней должны быть примеси материала этого сосуда (будь то стекло или металл). Для прецизионных научных исследо­ваний наиболее чистую воду получают методом ректи­фикации (перегонкой) дистиллированной воды во фторо­пластовых колоннах.

Основные запасы пресной воды на Земле сосредоточены в ледниках.

Влажность воздуха.

Важной характеристикой состоя­ния атмосферы является влажность воздуха или, что то же самое, степень насыщения воздуха водяными парами. Она выражается отношением содержания водя­ных паров в воздухе к их содержанию при насыщении воздуха при данной температуре. Поэтому правильнее говорить не просто о влажности, а об относительной влажности. При насыщений воздуха водяными парами вода в нем больше не испаряется. Для человека наибо­лее благоприятная влажность воздуха 50 %. На влаж­ность, как и на многое другое, распространяется правило: слишком много и слишком мало — одинаково нехорошо. Действительно, при повышенной влажности человек острее ощущает низкие температуры. Многие могли убедиться, что сильные морозы при низкой влаж­ности воздуха переносятся легче, чем не столь сильные, но при высокой влажности. Дело в том, что пары воды, так же как и жидкая вода, обладают гораздо большей теплоемкостью, чем воздух. Поэтому во влажном воздухе тело отдает в окружающее пространство больше теплоты, чем в сухом. В жаркую погоду высокая влажность опять же вызывает дискомфорт. В этих условиях умень­шается испарение влаги с поверхности тела (человек потеет), а значит, тело хуже охлаждается и, следова­тельно, перегревается. В очень сухом воздухе тело теряет слишком много влаги и, если не удается ее восполнить, это сказывается на самочувствии человека.

Абсолютно сухого воздуха практически не бывает.

В 1913 г. английским химиком Бейкером было установлено, что жидкости, осушенные в течение девяти лет в запаянных ампулах, кипят при гораздо более высоких температурах, чем указано в справочни­ках. Например, бензол начинает кипеть при температуре на 26° выше обычной, а этиловый спирт — на 60, бром — на 59, а ртуть — без малого на 100°. Темпера­тура замерзания этих жидкостей повысилась. Влияние следов воды на эти физические характеристики до сих пор не нашли удовлетворительного объяснения. В настоя­щее время известно, что тщательно высушенные газы NH₃ и HG1 не образуют хлорида аммония, а сухой NH₄C1 в газовой фазе не диссоциирует на NH₃ и НС1 при нагревании. Кислотный триоксид серы в сухих условиях не взаимодействует с основными оксидами СаО, BaO, CuO, а щелочные металлы не реагируют ни с без­водной серной кислотой, ни с безводными галоге­нами.

В хорошо высушенном кислороде уголь, сера, фос­фор горят при температуре, на много превышающей температуру их горения в неосушенном воздухе. Считают, что влага играет каталитическую роль в этих химических реакциях.

Весьма редкое свойство воды проявляется при ее превращении из жидкого состояния в твердое. Этот пере­ход связан с увеличением объема, а следовательно, с уменьшением плотности.

Ученые доказали, что вода в твердом состоянии имеет ажурное строение с полостями и пустотами. При плавлении они заполняются молекулами воды, поэтому плотность жидкой воды оказывается выше плотности твердой. Поскольку лед легче воды, то он плавает на ней, а не опускается на дно. Это играет в природе очень важную роль. Если бы плотность льда была выше, чем воды, то, появившись на поверхности вследствие охлаждения воды холодным воздухом, он погружался бы на дно и в резуль­тате весь водоем должен был бы промерзнуть. Это катастрофически сказалось бы на жизни многих организмов водоемов.

Интересно, что если над водой создать высокое давление и затем ее охладить до замерзания, то образующийся лед в условиях повышенного деления плавиться не при 0⁰С, а при более высокой температуре. Так, лед, полученный при замерзании воды, который находиться под давлением 20 000 атм., в обычных условиях плавиться только при 80⁰С.
Поваренная соль

 

Солевое голодание может привести к гибели организма. Суточная потребность в поваренной соли взрослого человека составляет 10-15 г. В условиях жаркого климата потребность в соли взрастает до 25-30 г.

Хлорид натрия нужен организму человека или животного не только для образования соляной кислоты в желудочном соке. Эта соль входит в тканевые жидкости и в состав крови. В последней ее концентрация равна 0,5—0,6 %.

Водные растворы NaCI в медицине используют в ка­честве кровезамещающих жидкостей после кровотечений и при явлениях шока. Уменьшение содержания NaCI в плазме крови приводит к нарушению обмена веществ в организме.

Не получая NaCI извне, организм отдает его из крови и тканей.

Хлорид натрия способствует задерживанию воды в организме, что, в свою очередь, приводит к повышению артериального давления. Поэтому при гипертонической болезни, ожирении, отеках врачи рекомендуют снижать суточное потребление поваренной соли. Избыток в орга­низме NaCI может вызвать острое отравление и привести к параличу нервной системы.

Организм человека быстро реагирует на нарушение солевого баланса появлением мышечной слабости, бы­строй утомляемостью, потерей аппетита, возникновением неутолимой жажды.

Поваренная соль обладает хотя и слабыми, но анти­септическими свойствами. Развитие гнилостных бактерий прекращается лишь при ее содержании в 10—45 %. Это свойство широко используют в пищевой промышлен­ности и при сохранении пищевых продуктов в домашних условиях.

При испарении морской воды при температурах 20— 35 °С вначале выделяются наименее растворимые соли — карбонаты кальция, магния и сульфат кальция. Затем выпадают более растворимые соли — сульфаты натрия и магния, хлориды натрия, калия, магния и после них сульфаты калия и магния. Порядок кристаллизации солей и состав образующихся осадков может несколько изменяться в зависимости от температуры, скорости испарения и других условий.

Поваренная соль, находящаяся на влажном воздухе, отсыревает. Чистый хлорид натрия — негигроскопичное вещество, т. е. не притягивает влагу. Гигроскопичны хлориды магния и кальция. Их примеси почти всегда содержатся в поваренной соли и благодаря им происходит погло­щение влаги.

В земной коре довольно часто встречаются пласты каменной соли. Поваренная соль является важнейшим сырьем химической промышленности. Из нее получают соду, хлор, хлороводородную кислоту, гидроксид натрия, металличе­ский натрий.

При изучении свойств почв ученые установили, что, будучи пропитанными хлоридом натрия, они не пропус­кают воду. Это открытие было использовано при строи­тельстве оросительных каналов и водоемов. Если дно водоема покрыть слоем земли, пропитанной NaCl, то утечки воды не происходит. Для этой цели, конечно, применяют техническую соль. Строители используют хло­рид натрия для устранения смерзания зимой земли и превращения ее в твердый камень. Для этого участки грунта, которые планируется вынимать, осенью густо посыпают NaCl. В этом случае в сильные морозы данные участки земли остаются мягкими.

Химики хорошо знают, что смешением мелкоизмельченного льда с поваренной солью можно получить эффек­тивную охлаждающую смесь. Например, смесь состава 30 г NaCl на 100 г льда охлаждается до температуры -20 С⁰происходит потому, что водный раствор соли замерзает при отрицательных температурах. Следова­тельно, лед, имеющий температуру около 0°С, будет плавиться в таком растворе, отнимая теплоту от окру­жающей среды. Это свойство смеси льда и поварен­ной соли могут с успехом использовать также и домохозяйки.

Спички

 

Высекание искр при ударе камня о кусок пирита FeS₂ и поджигание ими обуглившихся кусков дерева или растительных волокон было способом получения огня человеком.

Поскольку способы получения огня были несовершен­ны и трудоемки, человеку приходилось постоянно под­держивать горящий источник огня. Для перенесения огня в Древнем Риме использовали деревянные палочки, обмакнутые в расплав серы.

Приспособления для получения огня, основанные на химических реакциях, начали делать в конце XVIII в. Вначале это были древесные лучинки, на кончике кото­рых в виде головки закреплялись хлорат калия (берто­летова соль КС1Оз) и сера. Головка погружалась в сер­ную кислоту, происходила вспышка и лучинка загора­лась. Человек был вынужден хранить и обращаться с небезопасной серной кислотой, что было крайне неудоб­но. Тем не менее это химическое «огниво» можно рас­сматривать как прародитель современных спичек.

В начале XIX в. немецкий химик Деберейнер изоб­рел более совершенное, но и более сложное огниво. Им было установлено, что струя водорода, направлен­ная на губчатую платину, воспламеняется на воздухе.

Губчатая платина играет роль катализатора. Для ис­пользования этого средства при получении огня в быту им был создан небольшой стеклянный прибор (по типу ранее изобретенного Киппом аппарата, носящего его имя). Водород получался приведением в контакт метал­лического цинка и серной кислоты. Таким образом, получение пламени и его тушение обеспечивалось пово­ротом крана, приводящего в контакт (или разделяю­щего) серную кислоту и цинк. Огниво Деберейнера можно считать прародителем современной газовой или бензиновой зажигалки.

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.

Важнейшим этапом на пути к современным спичкам было введение в состав массы спичечной головки белого фосфора (1833). Такие спички легко зажигались от тре­ния о шероховатую поверхность. Однако при горении они создавали неприятный запах и главное, их произ­водство было весьма вредно для рабочих. Пары белого фосфора приводили к тяжелейшему заболеванию — фос­форному некрозу костей. Прежде всего некрозу подвер­гались кости челюстей людей, так как фосфор проникал через кариозные зубы.

В 1847 г. было установлено, что белый фосфор при нагревании в закрытом сосуде без доступа воздуха превращается в другую модификацию — красный фос­фор. Он гораздо менее летуч и практически не ядовит. Вскоре белый фосфор в головках спичек был заменен на красный. Такие спички зажигались лишь при трении о специальную поверхность из красного фосфора, клея и других веществ. Эти спички называли безопасными или шведскими, так как фабричным способом их впервые начади, изготавливать в Швеции в 1867—1869 гг.

Существует несколько разновидностей современных спичек. По назначению различают спички, зажигающие­ся в обычных условиях, влагоупорные (рассчитанные на зажигание после хранения во влажных условиях, например в тропиках), ветровые (зажигающиеся на ветру) и др.

В качестве основного сырья для изготовления спичеч­ной соломки с прошлого столетия используют главным образом осину и реже липу. Для этого с круглого очи­щенного от коры чурака специальным ножом по спирали снимается лента, которая затем рубится на спичечную соломку. При сгорании спички необходимо получить нетлеющий уголек от соломки и удержать на нем раска­ленный шлак от сгоревшей головки. Необходимость последнего обусловливается стремлением обезопасить потребителя от прожогов одежды при попадании раска­ленного шлака. Тлеющий уголек от соломки, естественно, представляет пожарную опасность. Для устранения тле­ния соломки и закрепления шлака от головки соломку пропитывают веществами, образующими на ее поверхности при горении пленку. Благодаря этой пленке прекра­щается сгорание угля. Она же закрепляет шлак от головки. В качестве противотлеющих веществ используют фосфорную кислоту и ее соль (NH₄)₂HPO₄.

За период более чем 150 лет было использовано большое количество рецептур зажигательных масс, из которых изготавливают головки спичек. Они являются сложными многокомпонентными системами. В них вхо­дят: окислители (КС1О₃, КгСг₂О₇, МпО₂), дающие кислород, необходимый для горения; горючие вещества (сера, животные и растительные клеи, сульфид фосфора P₄S₃); наполнители — вещества, предотвращающие взрывной характер горения головки (измельченное стек­ло, Fe₂Оз); склеивающие вещества (клеи), которые одно­временно являются и горючими; стабилизаторы кислот­ности (ZnO, СаСОз и др.); вещества, окрашивающие спичечную массу в определенный цвет (органические и неорганические красители).

По количеству кислорода, выделяемого на одну мас­совую часть, хромпик К₂Сr₂О₇ уступает бертолетовой соли КСlO₃, но зажигательные составы, содержащие первый окислитель, воспламеняются значительно легче. Кроме того, хромпик улучшает качество шлака.

Пиролюзит MnO₂ играет двойную роль: катализатора разложения бертолетовой соли и источника кислорода. Оксид железа (III) Fe₂O₃ также выполняет две функции. Он является минеральной краской (цвет ржавчины) и существенно уменьшает скорость горения массы, делая горение более спокойным.

Температура горения спичечных головок достигает 1500 ⁰C, а температура их воспламенения лежит в пределах 180 – 200 ⁰С.

Фосфорная (терочная) масса также является

 

Бумага и карандаши

 

Сохранились документы, указывающие на то, что в 105 г. н. э. министр китайского императора организовал производство бумаги из растений с добавками тряпья. Около 800.г. такая бумага получила широкое распро­странение в Китае, а также на Ближнем Востоке. Зна­комство с бумагой европейцев связано с крестовыми походами на Ближний Восток — в Сирию, Палестину, Северную Африку, организованными западно-европейскими феодалами и католической церковью (первый по­ход состоялся в 1096—1099 гг.). В эпоху раннего средне­вековья (до начала крестовых походов) для письма в Европе использовался главным образом папирус. В Ита­лии им пользовались еще в XII в.

Письменность же была известна в Египте и Месо­потамии с конца IV и начала III тысячелетия до н. э., т. е. задолго до изобретения бумаги. Как уже было отме­чено, основными предшественниками бумаги как мате­риала, на которое наносилось письмо, были папирус и пергамент.

Растение папирус (Cyperus papyrus) произрастает в Египте в болотистой местности около реки Нила. Сте­бель растения очищали от коры и луба и из белоснеж­ного материала нарезали тонкие полосы. Их укладывали слоями вдоль и поперек, а затем механическим давле­нием выжимали из них растительный сок. Этот сок сам обладает способностью склеивать полосы папируса. Позд­нее для скрепления полос стали применять клей, при­готовленный из невыделанных шкур или муки. После высушивания на солнце получающиеся листы шлифовали камнем или кожей. Папирус для письма стали изготов­лять около 4000 лет назад. Считают, что и название бумаги (papiera) происходит от слова папирус.