Природничі науки. 2 частина. 11 клас. Гільберг

Що придбати в магазині побутової хімії?

Побутові хімікати широко використовують у домашньому господарстві. Асортимент товарів побутової хімії вражає розмаїттям (мал. 5.4). Яскрава вигадлива упаковка привертає увагу. Найрізноманітніші форми (розчини, гелі, порошки, пасти, креми, піни, суспензії, емульсії, гранули, таблетки, олівці, стікери, аерозолі тощо), склад і призначення є наочним свідченням того, наскільки «широко простягає хімія руки свої в справи людські» і як непросто пересічному споживачеві вибрати якісний і безпечний продукт.

Мал. 5.4. Засоби побутової хімії, потрапивши до торговельної мережі, набувають статусу товарів

Щоби спростити орієнтування в безмежному океані товарів побутової хімії, потрібно класифікувати їх, зазвичай класифікаційною ознакою є призначення цих споживчих продуктів (поміркуйте, за якими ще критеріями можна класифікувати їх). Засоби для прання, підсинювання, вибілювання, вибавляння плям, миття, чищення, дезинфікування, склеювання, догляду за поверхнями з натуральних, штучних, синтетичних матеріалів, рослинами, боротьби з побутовими комахами, гризунами та іншими шкідниками... Цей перелік надзвичайно широкий (доповніть його з огляду на свій повсякденний досвід).

Складниками побутових хімікатів можуть бути як неорганічні, так і органічні речовини: природні, штучні, синтетичні... Це — неспростовне свідчення того, що хімія, хімічна технологія та її продукти є життєво важливими, необхідними сьогодні кожному. Продукти хімічного, передусім органічного, синтезу стали невідокремною частиною життя сучасної людини.

Звісно, можна до нескінченності називати галузі застосування в повсякденному житті різноманітних сполук. Про деякі з них уже йшлося в попередніх модулях {пригадайте, яких саме). На прикладі пластмас, волокон, каучуків, інших матеріалів ви неодноразово пересвідчилися в існуванні зв’язку між хімічним складом, будовою, властивостями й застосуванням речовин. Споживчі властивості засобів побутової хімії зумовлені властивостями речовин у їхньому складі. Поміж них трапляються токсичні, їдкі, шкідливі для здоров’я сполуки. Тому безпечне й ефективне використання побутових хімікатів можливе лише за дотримання певних норм, нехтування якими неприпустиме (поясніть це з огляду на свій повсякденний досвід). Розгляньмо деякі із широко вживаних засобів побутової хімії докладніше.

Мийний засіб — будь-яка речовина або препарат, що містять мило та / або інші поверхнево-активні речовини, призначені для прання або очищення та використання в побуті й промисловості, у формі рідини, порошку, пасти, бруска, плитки, таблетки тощо (мал. 5.5).

Мал. 5.5. Розмаїті мийні засоби на сторожі чистоти

Мило — чи не найдавніший засіб побутової хімії та особистої гігієни, його використання є одним із критеріїв цивілізованості (мал. 5.6).

Мал. 5.6. Мило — засіб особистої гігієни

Археологи поблизу річок Тигр і Єфрат знайшли один з перших рецептів мила, датований 2500 роком до н. е. Він був записаний клинописом на глиняних табличках. Шумери використовували мило як засіб для укладки волосся, як антисептик для лікування ран і для очищення шкір перед їх фарбуванням.

Що таке мило погляду хімії? Мила — солі, утворені аніонами залишків вищих карбонових кислот і катіонами лужних елементів — Натрію, Калію¹. Один з найдавніших способів добування мила — лужний гідроліз жирів (мал. 5.7):

¹ Натрієве мило тверде, калієве — рідке.

Мал. 5.7. Натрій лаурилат С₁₁Н₂₃СООNa добувають лужним гідролізом пальмової або кокосової олії

Склад мила зумовлює його властивості як поверхнево-активної речовини (ПАР, детергент). Аби зрозуміти суть цього поняття, пригадаймо: поверхневий натяг визначає силу зчеплення між молекулами води й геометричну форму поверхні — краплю, наприклад (мал. 5.8).

Мал. 5.8. 1. Клоп-водомірка: по воді як по суші завдяки силі поверхневого натягу води. 2. Рідина в стані спокою набуває форми з мінімальною площею поверхні — сферичної

Як вам уже відомо з курсу хімії основної школи, вода — полярний розчинник, тому неполярні речовини, наприклад жири, у ній не розчиняються (мал. 5.9).

Мал. 5.9. Олія не розчиняється у воді — полярному розчиннику

ПАР знижують поверхневий натяг на межі поділу, наприклад, вода (рідина) — олія (рідина), вони відіграють роль своєрідного «містка» між взаємонерозчинними полярними й неполярними речовинами. Чим це зумовлено? Поверхнево-активні речовини місять у своєму складі як гідрофільні, так і гідрофобні групи (розтлумачте ці терміни).

Молекули ПАР на межі поверхонь вода — повітря вишиковуються так, що гідрофільні групи спрямовані у воду, а гідрофобні виштовхуються з неї. У результаті поверхню води вкриває частоколом з молекул детергенту (мал. 5.10). Така поверхня має менший натяг, і, як наслідок, вищу змочувальну здатність.

Мал. 5.11. Мономолекулярний шар ПАР на поверхні води: 1 — неполярний кислотний залишок; 2 — полярна карбоксильна група; 3 — полярні молекули води

Аби пересвідчитися в цьому, виконаймо простий дослід. З тонкого мідного дроту зробімо плоску спіраль у кілька витків. Злегка змастимо її олією й дуже обережно помістимо на поверхню води. Завдяки поверхневому натягу води й незмочування нею жирної поверхні спіраль не потоне. Тепер піпеткою помістімо в середину витка спіралі краплю мильного розчину. Спіраль негайно почне обертатися: мильний розчин, який розтікатиметься по поверхні, дійшовши до кінця спіралі, виходитиме, що зумовить виникнення невеликої реактивної тяги. Коли спіраль зупиниться, крапнімо мильний розчин ще раз — обертальний рух відновиться. Якщо замінити мильний розчин іншою поверхнево-активною речовиною, спіраль рухатиметься з іншою швидкістю. Якщо помістити в центр спіралі краплю розчину кухонної солі, кругового руху не буде зовсім. Натомість внаслідок добавляння розчину прального порошку спіраль швидко потоне, бо синтетичний мийний засіб змиє шар олії.

Мийна дія мила — здатність очищати поверхні твердих тіл від забруднень. Процеси миття та прання (мал. 5.12) ґрунтуються на видаленні неполярних речовин-забруднювачів із твердої поверхні та переміщенні їх у полярну водну фазу.

Найпоширеніші забруднення — жирові плівки, що містять частинки пилу, сажі тощо (пригадайте, чи вдалими були ваші спроби відмити жирний посуд без застосування мийних засобів). Як мило миє, легко зрозуміти з малюнка 5.13.

Мал. 5.13. Мийна дія мила. 1. Гідрофобна вуглеводнева група в складі молекули мила неполярна, гідрофільна карбоксильна — полярна. 2. Міцела — частинка бруду, оточена молекулами ПАР, що зорієнтовані до неї гідрофобними групами. 3. Унаслідок взаємодії з молекулами детергенту частинка бруду відокремлюється від поверхні тканини й у вигляді емульсії або суспензії потрапляє в розчин

Синтетичні мийні засоби, як ви багаторазово пересвідчувалися на власному повсякденному досвіді, значно ефективніші за мило. Зокрема й тому, що не втрачають мийної дії у твердій воді.

Це не єдина перевага СМЗ порівняно з милом. Особливості сучасних СМЗ — передусім, їхня багатофункціональність. Наприклад, поміж засобів для прання є універсальні, для машинного прання, для прання дуже забрудненої білизни, тонких і легкоушкоджуваних тканин, прання й вибілювання з кип’ятінням і без нього, засоби для низькотемпературного прання тощо.

Розвиток біотехнології зумовив використання в мийних засобах білків і ферментів, що сприяють гідролізу жирів і ліпідів, і, як наслідок, ефективному видаленню їх з поверхні. Такі ПАР мають спрямовану дію й не шкодять шкірі.

Синтетичні мийні засоби можуть містити небезпечні хімічні речовини, зокрема канцерогени, токсини, алергени, руйнівники ендокринної системи тощо. Також вони здатні забруднювати повітря в приміщенні, подразнюючи очі, ніс і горло, спричиняти головний біль і запаморочення. Незалежні дослідження доводять, що складниками багатьох засобів для прання та чищення є небезпечні речовини, що можуть залишатися на тканині навіть після 10-кратного полоскання.

Зокрема, хлорорганічні сполуки здатні призводити до порушень гормонального фону, інтоксикації, ушкоджувати легені, серце, слизові оболонки та подразнювати дихальні шляхи. Етилендіамінтетраетанова кислота (EDTA), яку застосовують для пом’якшення води замість фосфатів, може подразнювати шкіру, слизові оболонки очей, дихальних шляхів і викликати симптоми бронхіту або астми. Нафтові дистиляти в складі засобів для полірування меблів негативно впливають на зір і нервову систему людини. Цей список можна продовжити (зробіть це, скориставшись додатковими джерелами інформації).

Як убезпечити себе під час використання синтетичних мийних засобів? Передусім, уважно вивчайте склад СМЗ й уникайте застосування засобів із вмістом небезпечних речовин. Використовуйте засоби з екологічним (для порівняно безпечних) та попереджувальним маркованням (для небезпечних). Зокрема, попереджувальне марковання¹ для небезпечної продукції передбачає:

• відповідну піктограму та сигнальне слово;
• певні коди та вислови щодо виду небезпечного впливу та його попередження;
• перелік усіх складників.

¹ Globally Harmonized System, GHS, Узгоджена Глобальна Система, УГС.

Наприклад, на етикетці блока для очищення унітаза (мал. 5.14) є піктограма та сигнальне слово «Небезпечно» (1), ліворуч зазначено можливі небезпеки й заходи безпеки під час використання (2, 3), у правому верхньому куті — складники продукту (4).

Мал. 5.14. Безпека — понад усе!

Мийну ефективність більшості ПАР посилюють лужне середовище та різні електроліти. Тому майже в усі СМ3 добавляють неорганічні солі: сульфати, карбонати, поліфосфати тощо. Саме поліфосфати в синтетичних мийних засобах стають причиною евтрофікації водойм (мал. 5.15), до яких потрапляють стічні води.

Мал. 5.15. «Цвіте й пахне» та не радує...

Адже надлишок цих сполук Фосфору призводить до масового розвитку мікроскопічних водоростей та інших мікроорганізмів, бактерій, що розкладають відмерлі органічні рештки. Унаслідок цього витрачається значна кількість кисню, а до води потрапляють токсичні продукти розпаду, що призводить до погіршення умов існування гідробіонтів.

Захист довкілля від забруднення синтетичними мийними засобами — нагальна і складна проблема. Один зі шляхів її розв’язання — використання пральних порошків, що не містять поліфосфатів (мал. 5.16). Важливо ретельно очищувати комунальні стічні води, адже саме вони — головні джерела надходження сполук Фосфору до природних водойм. У побуті й на виробництві потрібно ощадно використовувати мийні засоби, дотримуватися рекомендацій, наведених в інструкції.

Мал. 5.16. Вибери безфосфатні мийні засоби!

Перевірені часом екологічно безпечні засоби для миття посуду — питна сода, гірчичний порошок, кавова гуща. Для прання здавна використовують рослини, що містять сапоніни — мильний корінь, індійські мильні горіхи. Наші пращури білизну повсюдно прали (сукали, жмикали) вручну, проте на заході траплялися широкі дерев’яні пральні дошки з ребристою поверхнею — райбачки, шустярки, магівниці. Після прання просте грубе полотно золили. Після зоління білизну несли на річку й там полоскали й били праником (прачем) — дерев’яною короткою прямокутною чи заокругленою, рідше лопатоподібною дощечкою з держачком.

Косметичний засіб — засіб, призначений для нанесення безпосередньо на різні частини тіла людини (епідерміс, волосся, нігті, губи та зовнішні статеві органи) або на зуби й слизову оболонку ротової порожнини з єдиною або головною метою їхнього очищування, надавання приємного запаху, змінювання зовнішнього вигляду та/або корекції запаху тіла, та/або їхнього захисту чи збереження в доброму стані (мал. 5.17).

Мал. 5.17. Розмай косметичних засобів

Для виготовлення косметики використовують дуже багато різноманітних складників. Активні інгредієнти косметики визначають ключові властивості продукту, заявлені на упаковці. Наприклад, засоби догляду за шкірою зазвичай містять зм’якшувальні речовини, які роблять шкіру гладкішою й м’якшою; зволожувальні, що «проводять» вологу всередину епідермісу й утримують її там; лікувальні, які усувають запалення тощо.

Окрім активних компонентів у косметичних засобах багато допоміжних речовини. Ідеться про:

• розчинники (вода, етанол тощо);
• сполучні агенти (смоли, жири, воски), які утримують продукт у вигляді єдиної однорідної субстанції;
• піноутворювачі, наприклад ПАР, що сприяють очищенню;
• стабілізатори емульсії, які запобігають розшаруванню;
• текстурувальні агенти;
• загусники;
• пластифікатори;
• плівкоутворювачі;
• пігменти;
• ароматизатори;
• антиоксиданти;
• консерванти.

Варто пам’ятати й про те, що складники, зазначені на етикетці (мал. 5.10) косметичного засобу у верхній частині списку, становлять більшу частку продукту, ніж компоненти в кінці переліку, однак не всі вони є активними речовинами. Косметика на основі синтетичних олив зазвичай менш алергеногенна. А косметичні засоби, які містять переважно «натуральні» інгредієнти, зазвичай, містять більше консервантів (поясніть чому).

А ви звертаєте увагу на склад використовуваних косметичних засобів? Чому? Обговоріть це з однокласниками й однокласницями. Чи змінив хтось із вас свою думку щодо необхідності вміння інтерпретувати інформацію, що є на етикетках косметичних засобів?

Мал. 5.18. Косметичний крем «Календула». Склад. Вода, вазелінова олива, гліцерол, карбопол, триетаноламін, гідрогенізована рицинова олія (ПЕГ-40), екстракт календули, гермабен. Інтерпретуймо!

Проаналізуйте склад косметичний крему «Календула» (мал. 5.18). Визначте, уміст яких трьох складників у ньому найбільший, а якого — найменший. Скориставшись додатковими джерелами інформації, з’ясуйте, чи є в цьому продукті: а) загущувачі; б) консерванти; в) емульгатори.