Побутова хімія

Мила і мийні засоби

Мило було відоме людині до нової ери літочислення. Учені не мають інформації про початок виробництва мила в арабських країнах і Китаї. Найдавніша письмова згадка про мило в європейських країнах зустрічається в римського письменника і ученого Плінія Старшого (23...79 р.). У трактаті «Природна історія» (в 37 томах), що, власне кажучи, був енциклопедією природничо-наукових знань античності, Пліній писав про способи готування мила омиленням жирів. Мало того, він писав про тверде і м'яке мило, одержане з використанням соди і поташу відповідно. Раніше для прання одягу використовували луг, що утворюється від обробки золи водою. Швидше за все це було до того, як стало відомо, що зола від спалювання палива рослинного походження містить поташ.

Розвитку миловаріння сприяло наявність сировинних джерел. Наприклад, марсельська миловарна промисловість, відома з епохи раннього середньовіччя, мала в розпорядженні маслинову олію і соду. Маслинову олію одержують простим холодним пресуванням плодів олійних дерев. Олію, одержану після перших двох пресовок, вживали для харчових цілей, а після третьої – використовували для переробки на мило. Марсельське мило було важливим товаром торгівлі вже в IX ст. Воно поступилося своїм місцем в міжнародній торгівлі венеціанському милу лише з кінця середніх століть (XIV ст.) Крім Франції, миловаріння в Європі розвивалося в Італії, Греції, Іспанії, на Кіпрі, тобто в районах, що культивують маслинові дерева. Перші німецькі миловарні були засновані в XIV сторіччі.

Незважаючи на те що наприкінці епохи середньовіччя в різних країнах існувала досить розвинена миловарна промисловість, хімічна сутність процесів, звичайно, була не ясна. Лише на рубежі XVIII і XIX ст. була з'ясована хімічна природа жирів і внесена ясність у реакцію їхнього омилення. В 1779 р. шведський хімік Шееле показав, що при взаємодії маслинової олії з оксидом свинцю і водою утвориться солодка і розчинна у воді речовина. Вирішальний крок на шляху вивчення хімічної природи жирів був зроблений французьким хіміком Шеврелем. Він відкрив стеаринову, пальмітинову і олеїнову кислоти, як продукти розкладання жирів при їхньому омиленні водою і лугами. Солодка речовина, отримана Шееле, була Шеврелем названа гліцерином. Сорок років потому Бертло встановив природу гліцерину і пояснив хімічну будову жирів. Гліцерин – трьохатомний спирт. Жири – складні ефіри гліцерину (гліцериди) важких одноосновних карбонових кислот, переважно пальмітинової CH₃(CH₂)₁₄COOH, стеаринової CH₃(CH₂)₁₆COOH і олеїнової CH₃(CH₂)₇CH = CH(CH₂)₇COOH.

До складу різних жирів входять у різних співвідношеннях пальмітинова, стеаринова, олеїнова і інші кислоти. У рослинних (рідких) жирах переважають ненасичені кислоти (які містять етиленові зв'язки), а у тваринних (твердих) - насичені кислоти, тобто без подвійних зв'язків. Потреби у твердих тваринних жирах більші, ніж у рослинних. Тому рідкі рослинні жири переводять у тверді каталітичною гідрогенізацією. У цьому процесі залишки ненасичених кислот у гліцеридах перетворюються (приєднанням водню) у залишки насичених кислот.

Саме так одержують кулінарні жири, олію для обсмажування, салатну олію, а також жири, що йдуть на виробництво маргарину. Гідровані жири називають саломаслами (сало з масла).

Важливо те, що серед залишків різних кислот у гліцеридах (жирах) є присутнім залишок лінолевої кислоти CH₃(CH₂)₄CH = CHCH₂CH₂CH = CH(CH₂)₇COOH. На відміну від інших ця кислота не синтезується в організмі людини, а вводиться тільки з їжею. У цей час існує думка, що лінолева кислота необхідна для запобігання атеросклерозу - розповсюдженої хвороби, що служить однією з головних причин втрати працездатності і передчасної смерті. Необхідно відзначити, що лінолева кислота ненасичена, а виходить, вона входить до складу головним чином рослинних жирів.

У побуті, не говорячи про промисловість, миють різні предмети і об'єкти. Забруднюючі речовини бувають найрізноманітніші, але найчастіше вони малорозчинні або нерозчинні у воді. Такі речовини, як правило, є гідрофобними, оскільки водою не змочуються і з водою не взаємодіють. Тому потрібні й різні мийні засоби.

Якщо спробувати дати визначення, то миттям можна назвати очищення забрудненої поверхні рідиною, що містить миючу речовину або систему миючих речовин. Як рідина в побуті використовують головним чином воду. Гарна миюча система повинна виконувати подвійну функцію: видаляти забруднення з поверхі, і переводити його у водний розчин. Виходить, мийний засіб також повинен мати подвійну функцію: здатність взаємодіяти із забруднюючою речовиною і переводити його у воду або водяний розчин. Отже, молекула миючої речовини повинна мати гідрофобну і гідрофільну частини. Фобос - по-грецьки означає страх, острах. Виходить, гідрофобність означає що боїться, що уникає воду. Філео - по-грецьки - люблю, а гідрофільність - люблячу, утримуючу воду. Гідрофобна частина молекули миючої речовини має здатність взаємодіяти з гідрофобною поверхнею забруднюючої речовини. Гідрофільна частина миючої речовини взаємодіє з водою, проникає у воду і захоплює із собою частку забруднюючої речовини, приєднану до гідрофобного кінця.

Таким чином миючі речовини повинні мати здатність адсорбуватися на приграничній поверхні, тобто мати поверхневу активність. Їх називають поверхнево-активними речовинами (ПАР).

Солі важких карбонових кислот, наприклад CH₃(CH₂)₁₄COONa, є типовими поверхнево-активними речовинами. Вони містять гідрофільну частину (у цьому випадку - карбоксильну групу) і гідрофобну частину (вуглеводневий радикал).

Тваринні жири - древня і досить коштовна сировина миловарної промисловості. Вони містять до 40% (насичених) жирних кислот. Штучні, тобто синтетичні, жирні кислоти одержують із парафіну нафти каталітичним окислюванням киснем повітря.

Молекула парафіну при окислюванні розривається в різних місцях і тому виходить суміш кислот, які розділяються на фракції. При виробництві мила використовують дві фракції: C₁₀–C₁₆ і C₁₇–C₂₀. У господарське мило синтетичні кислоти вводять у кількості 35...40%. Для виробництва мила також застосовують нафтенові кислоти, виділені при очищенні нафтопродуктів (бензину, гасу й ін.). Із цією метою нафтопродукти обробляють розчином гідроксиду натрію і одержують водний розчин натрієвих солей нафтенових кислот (монокарбонові кислоти ряду циклопентану і циклогексану). Цей розчин випарюють і обробляють кухонною сіллю, у результаті чого на поверхню розчину спливає мазевидна маса темних кольорів - милонафт. Для очищення милонафт обробляють сірчаною кислотою, тобто витісняють із солей самі нафтенові кислоти. Цей нерозчинний у воді продукт називають асидолом або асидол-милонафтом. Безпосередньо з асидолу можна виготовляти тільки рідке або, у крайньому випадку, м'яке мило. Воно має нафтовий запах, але зате має бактерицидні властивості.

У виробництві мила давно використовують каніфоль, що одержують при переробці живиці хвойних дерев. Каніфоль складається із суміші смоляних кислот, що містять у ланцюзі близько 20 вуглецевих атомів. У рецептуру господарського мила звичайно вводять 12...15% каніфолі від маси жирних кислот, а в рецептуру туалетних мил - не більше 10%. Введення каніфолі в більших кількостях робить мило м'яким і липким.

Процес виробництва мила складається з хімічної і механічної стадій. На першій стадії (варіння мила) одержують водяний розчин солей натрію (рідше калію) жирних кислот або їхніх замінників (нафтенових, смоляних). На другій стадії проводять механічну обробку цих солей - охолодження, сушіння, змішування з різними добавками, обробку й упакування.

Варіння мила закінчують обробкою мильного розчину (мильного клею) надлишком лугу (NaOH) або розчином NaCl. У результаті цього на поверхню розчину спливає концентрований шар мила, називаний ядром. Отримане в такий спосіб мило називають ядровим, а процес його виділення з розчину - відсілкою або висолюванням. При висолюванні відбувається підвищення концентрації мила і його очищення від білкових, барвних і механічних домішок - так одержують господарське мило.

Якщо мило варилося із тваринних або рослинних жирів, то з розчину після відділення ядра виділяють гліцерин, що утвориться в результаті омилення. Він знаходить широке і різноманітне застосування: у виробництві вибухових речовин (тринітрогліцерину) і полімерних смол; у якості пом’якшувача тканин і шкіри; для парфумерних, косметичних і медичних препаратів; при виробництві кондитерських виробів і лікерів. Останнім він надає грузлу консистенцію.

Для одержання особливо чистого і світлого мила його очищають (шліфують) переведенням знову в розчин кип'ятінням з гарячою водою і повторним висолюванням. У результаті шліфування мило здобуває більшу однорідність, низьку в'язкість і належну пластичність. Для виготовлення туалетного мила в очищеному ядровому милі знижують вміст води від 30 до 12%. Потім у нього вводять парфумерні віддушки, відбілювачі типу Ti₂, барвники і ін. Гарні сорти туалетного мила містять до 50% мила, отриманого з імпортного кокосового або пальмового масла. Кокосове масло гарно розчиняється в холодній воді і характеризується високим піноутворенням. Іноді туалетне мило містить до 10% вільних жирних кислот. Найдорожче туалетне мило цілком виготовляють із кокосового масла.

Для поліпшення деяких характеристик господарського мила (іноді й туалетного), а також для здешевлення в нього вводять наповнювачі. До них відносяться деякі натрієві солі (Na₂CO₃, Na₂B₄O₇, Na₅P₃O₁₀, рідке скло), які при розчиненні у воді приводять до підлужування, клеї (казеїн, казеїновий холодець), вуглеводи (крохмаль). Клеї і крохмаль сприяють піноутворенню мильного розчину і стійкості піни, однак миючою здатністю не володіють. Для одержання паст у рідке господарське мило вводять тонкоподрібнений пісок, товчену цеглу, жирні глини. Вони сприяють механічному очищенню. Такі мила застосовують для чищення кухонного посуду, нефарбованих меблів, підлог і т.д.

Особливе місце серед наповнювачів займає сапонін, одержуваний вилуговуванням деяких рослин і насамперед мильного кореня. Він добре розчиняється у воді і його розчини сильно піняться. Тому сапонін використовують для поліпшення піноутворення і застосовують для дорогих сортів мил.

Слід зазначити, що заміна натрію на калій приводить до зміни консистенції мила. Із твердого воно стає м'яким або мазеподібним.

Іони кальцію і магнію утворюють із аніонами важких карбонових кислот малорозчинні солі.Тому при пранні білизни у твердій воді, що містить ці іони, витрата мила підвищується на 25...30%. Малорозчинні солі кальцію і магнію осідають на тканині, забивають пори і тому роблять тканину грубою, менш еластичною, з поганою повітро- і вологопроникністю. Такі тканини набувають сіруватий відтінок, а фарба стає бляклою. Крім того вапняні мила , що осіли на тканині, приводять до зниження її міцності. Це відбувається тому, що аніони ненасичених карбонових кислот при сушінні тканин окисляються киснем повітря з утворенням речовин пероксидного характеру. Вони ж окисляють целюлозу, з якої складаються тканини. Для усунення шкідливих наслідків твердої води в мила вводять натрійтрифосфат Na₅P₃O₁₀. Аніон P₃O₅^10– зв'язує іони Ca²⁺ і Mg²⁺ у міцні, але розчинні у воді сполуки. Власне кажучи вони відіграють роль пом’якшувача води. Із цією ж метою натрійтрифосфат і інші поліфосфатні аніони додають і у пральні порошки.

Крім використання мила як миючого засобу воно широко застосовується при обробці тканин, у виробництві косметичних засобів, для виготовлення полірувальних сполук і водоемульсійних фарб. Є й інше його застосування. Алюмінієве мило (алюмінієві солі суміші жирних і нафтенових кислот) застосовують у США для одержання деяких видів напалму - самозаймистої сполуки, використовуваної у вогнеметах і запальних авіабомбах. Саме слово напалм походить від початкових складів нафтенової і пальмітинової кислот. Сполука напалму досить проста - це бензин, загущений алюмінієвим милом.

У цей час хімічна промисловість випускає велику кількість різних синтетичних мийних засобів (пральних порошків). Найбільше практичне значення мають сполуки, що містять насичений вуглеводневий ланцюг з 10...15 атомів вуглецю, так чи інакше пов'язаний із сульфатною або сульфонатною групою.

Виробництво синтетичних мийних засобів засновано на дешевій сировинній базі, а точніше на продуктах переробки нафти й газу. Вони, як правило, не утворюють малорозчинних у воді солей кальцію і магнію.

Отже, багато синтетичних мийних засобів однаково добре миють як у м'якій, так і у твердій воді. Деякі засоби придатні навіть для прання в морській воді. Синтетичні мийні засоби діють не тільки в гарячій воді, як це характерно для господарського мила, але і у воді при порівняно низьких температурах, що важливо при пранні тканин зі штучних волокон. Нарешті, концентрація синтетичних миючих речовин навіть у м'якій воді може бути набагато нижчою, ніж мила, отриманого з жирів. Синтетичні мийні засоби звичайно представляють досить складну композицію, оскільки в них входять різні добавки: оптичні відбілювачі, хімічні відбілювачі, ферменти, піноутворювачі, пом’якшувачі. Розглянемо коротенько кожну з них.

Оптичні відбілювачі

Після декількох прань виробу з білі тканини жовтіють або сіріють. Для усунення відтінків, що з'являються, вводять у синтетичні мийні засоби оптичні відбілювачі. Їхня дія полягає в тім, що вони поглинають ультрафіолетове світло (з довжиною хвилі ~360 нм) і знову випускають поглинену енергію шляхом флуоресценції в синій області видимого спектра (при 430...440 нм). Виникаюче при цьому «посиніння» виробу компенсує пожовтіння і робить виріб візуально більш білим. Дія оптичних відбілювачів нагадує дію синьки, що віддавна використовувалася при полосканні білизни після прання. Побутова синька або ультрамарин – природний мінерал лазурит, називаний також ляпіс-лазур'ю. У монолітному виді він використовується як виробничий камінь, а його дуже тонкий порошок у давній давнині застосовувався як синька. В 1828 р. ультрамарин був отриманий штучно в лабораторних умовах. Для цього суміш каоліну, соди і сірки прожарювалася в сильному струмені повітря. Сполуку ультрамарину виражають формулою Na6Al4Si6S4O24, однак його будова дотепер не з'ясована. Замінником ультрамарину в побуті є порошок білої глини (каоліну) або крейди з попередньо нанесеним на їхню поверхню органічними барвниками синіх кольорів (органічні синьки).

Хімічні відбілювачі

При пранні тканин необхідно не тільки видалити забруднення, але й зруйнувати барвні сполуки. Часто ними є природні барвники від ягід або вин. Цю функцію виконують хімічні відбілювачі. Найпоширенішим відбілювачем є перборат натрію. Його хімічну формулу умовно записують у вигляді NaBO₂•H₂O₂•3H₂О. З формули видно, що відбілюючою сполукою служить пероксид водню, який утворюється в результаті гідролізу пербората. Цей хімічний відбілювач ефективно діє при 70°C і вище.

Відбілюючі ферменти

Плями білкових речовин і крові важко відпираються і погано знебарвлюються хімічними відбілювачами. Для їхнього усунення застосовують спеціальні ферменти, які вводять як добавки до миючих систем. Ферменти діють при замочуванні виробів у холодній воді перед пранням гарячою водою. Однак вони можуть бути ефективні і безпосередньо в процесі прання.

Піноутворювачі

Серед домогосподарок існує застаріла думка, що для успішного відпирання тканин необхідна рясна піна. Однак це уявлення справедливе лише для порошків на основі мила. У випадку синтетичних мийних засобів прямого зв'язку між відпиранням і піноутворюючою здатністю немає. Існують сполуки, які мають гарні властивості, що відпирають, але піни майже не дають. При використанні пральних машин рясна піна іноді і небажана. Тому існують піноутворювачі на будь-який смак. До підсилювачів піноутворення відносять аміноспирт C₁₁H₂₃CONHCH₂CH₂OH і оксид аміну

Пом’якшувачі

При пранні синтетичними мийними засобами і наступному сушінню вироби із тканин (рушники, пелюшки і ін.) можуть стати твердими на дотик. Для її усунення застосовують пом’якшувачі. Це досягається полосканням у воді з добавкою спеціальних сполук. Найбільш відомими пом’якшувачами є сполуки четвертинних амонієвих основ.

До складу пом’якшувачів, які випускаються у вигляді розчину або пасти, входять також оптичні відбілювачі і віддушка.

Засоби догляду за зубами

Зуб складається із трьох частин: коронки (частина, що виступає над яснами), кореня (частина, занурена в альвеолу щелепи) і шийки - місце переходу коронки в корінь. Коронка покрита емаллю, а під нею перебуває дентин. Корінь покритий шаром тканини, яку називають цементом. Емаль, дентин і цемент - це тверді тканини. Усередині зуба є порожнина, що містить пульпу, що складається з пухкої сполучної тканини, у якій проходять нерви і судини, що живлять тканини зуба.

Зуби піддаються ряду захворювань і одне з найпоширеніших є карієс. На жаль, нікому не вдається уникнути цього захворювання, але обмежити його поширення на багато зубів можна, вживаючи профілактичних заходів. Сутність карієсу полягає в тому, що під впливом мікроорганізмів і вироблюваних ними кислот відбувається руйнування тканин зуба. Найміцнішою тканиною є емаль. Її сполука близька до мінералу гідроксидапатиту Ca₅OH(PO₄)₃. При руйнуванні емалі мікроорганізми попадають у дентин, а потім у пульпу і викликають її запалення (пульпіт).

Закріпленню мікроорганізмів на емалі сприяє зубний камінь – тверді пористі відкладення на зубах. Мікроорганізми поселяються в порах цього каменю. Перша стадія утворення зубного каменю пов'язана з відкладенням на зубах м'якого нальоту із залишків їжі. На другій стадії відбувається мінералізація м'якого нальоту, тобто його просочування мінеральними компонентами слини. Слина містить іони Ca2+ і HPO24–. Вони перешкоджають розчиненню емалі зуба, але, відкладаючись у м'якому нальоті у вигляді малорозчинної солі, приводять до його мінералізації.

Слина здорової людини має нейтральну реакцію (рн 7,0...7,5). У результаті розщеплення бактеріями (Стрептококкус мутаніс) залишків їжі, що містить вуглеводи (зокрема, цукор), утворюються органічні кислоти - в основному молочна. Ці кислоти знижують рн до 4,5...5,0. У даних умовах руйнування емалі прискорюється, що й приводить до досить неприємних результатів. Давно помічено, що аматори солодкого часто не можуть похвалитися гарним станом зубів.

Таким чином, одним зі шляхів профілактики карієсу є очищення зубів і полоскання ротової порожнини після прийому їжі. Це приводить до запобігання утворення м'якого нальоту і зубного каменю.

Важко сказати, коли люди почали чистити зуби, але є відомості, що одним з найдавніших препаратів для чищення зубів була тютюнова зола. Ще порівняно недавно для чищення зубів широко застосовували зубні порошки. Вони складаються з абразивного матеріалу: найчастіше це крейда CaCO3, рідше CaHPO4, а іноді їхньої суміші Ці абразиви одержують хімічним осадженням, наприклад, відповідно до рівняння

Ca(NO₃)₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃? + 2NaNO₃

Природну крейду використати не можна, тому що в ній містяться тверді частки від панцирів морських організмів, які мають високу міцність і можуть привести до сильного стирання і пошкодження емалі зуба. До абразивних матеріалів додають Mg, отриманий прожарюванням MgCO₃. Оксид магнію надає порошкам легкість і рихлість. У деякі сорти порошків вводять пероксид магнію, що володіє відбілюючими властивостями. У невеликих кількостях у порошки включають поверхнево-активні речовини, наприклад лаурилсульфат натрію C₁₂H₂₅OSO₃Na, а також віддушки – найчастіше ментол або екстракт м'яти. У цей час істотно скорочене виробництво зубних порошків, оскільки вони стали менш популярними, ніж пасти.

Найважливішим засобом догляду за зубами є зубні пасти. Вони мають меншу стираючу здатність у порівнянні з порошками, більш зручні в застосуванні і характеризуються більш високою ефективністю. Зубні пасти - це багатокомпонентні сполуки. Вони розділяються на гігієнічні і лікувально-профілактичні. Перші тільки очищають і освіжають, а другі, крім того, служать для профілактики захворювань і сприяють лікуванню зубів і порожнини рота.

Основні компоненти зубної пасти наступні: абразивні, сполучні, загущувачі, піноутворювачі. Абразивні речовини забезпечують механічне очищення зуба від нальотів і його полірування. Як абразиви найчастіше застосовують хімічно оброблену крейду CaCO₃. Встановлено, що компоненти зубної пасти здатні впливати на мінеральну складову зуба і, зокрема, на емаль. Тому як абразиви стали застосовувати фосфати кальцію: CaHPO₄, Ca₃(PO₄)₂, Ca₂P₂O₇, а також малорозчинний полімер фосфат натрію (NaPO₃)_x. Крім того, як абразиви в різних сортах паст застосовують оксид і гідроксид алюмінію, диоксид кремнію, силікат цирконію, а також деякі органічні полімерні речовини, наприклад метилметакрилат натрію. На практиці часто використовують не одну абразивну речовину, а їх суміш. Для перетворення суміші абразивних порошків у стійку пасту застосовують желатинуючі компоненти. Їх часто одержують у промисловому масштабі з рослин; наприклад, з морських водоростей витягають природні полісахариди: натрієві солі альгінових кислот і каррагінати. Із синтетичних речовин широке застосування знайшли похідні клітковини (бавовняної і деревної) - натрійкарбоксиметилцелюлоза, оксиетильовані етиловий і метиловий ефіри целюлози або просто етиловий і метиловий ефіри целюлози. Для одержання пластичної, тиксотропної маси, що легко видавлюється з тюбика, застосовують поліатомні спирти: гліцерин, сорбіт, поліетиленгліколь. Вони сприяють збереженню в пасті вологи при зберіганні, підвищують температуру замерзання і поліпшують смакові властивості пасти. Рослинні екстракти чутливі до дії мікробів. Тому для усунення їхньої руйнівної дії до складу паст уводять антисептичні речовини: формальдегід, хлоровані феноли і алкільні ефіри оксибензойних кислот.

В якості піноутворюючих речовин у зубних пастах у минулому використовували мила. Однак їх низька піноутворююча здатність у твердій воді і неприємний мильний присмак знижували якість паст. Замість мила стали використовувати алізаринове масло (сульфіроване касторове масло).

Воно не зв'язується в малорозчинну речовину іонами кальцію і магнію і має змочувальні і бактерицидні властивості. Крім нього в якості піноутворювачів використовують натрійлаурилсульфат C12H25OSO3Na і натрійлаурилсаркозінат.

Вважають, що останній володіє антикарієсною дією. Уже в концентрації 0,3% він придушує дію бактерій, що утворюють у порожнині рота молочну кислоту, що руйнує емаль зуба. Дія лаурилсаркозіната зберігається в порожнині рота після чищення зубів протягом приблизно 12 год. Гарними піноутворюючими, що очищають і змочують властивостями, володіє натрієва сіль таурида жирної кислоти RCONHCH₂SO₃Na.

Боротьбу з карієсом за допомогою лікувально-профілактичних зубних паст ведуть по двох напрямках: 1) зміцнення мінеральної тканини зуба; 2) попередження утворення зубного нальоту. Перше досягається введенням у пасти сполук фтору: монофторфосфату натрію, формулу якого умовно можна записати у вигляді подвійної солі Na•NaPO₃, а також фториду натрія NaF і фториду олова (II) SnF₂. Існують дві точки зору на вплив фторидних іонів на зміцнення емалі зуба. 1. Іони F– переводять гідроксидапатит емалі CaOH(PO4)3 в менш розчинний в кислотах фторапатит Ca₅F(PO₄)₃. 2. В результаті обмінної реакції в пасті утворюється CaF2, який адсорбується на гідроксидапатиті і застерігає його від дії кислот. Відомо також, що фторидні сполуки сприяють подавленню життєдіяльності бактерій, які викликають утворення в порожнині рота органічних кислот. Тепер в антикарієсних пастах стали широко використовувати ферменти, а іноді в них вводять антибіотики.

У зубні пасти обов'язково вводять віддушки і смакові компоненти. Найпоширеніші віддушки м'ятного і коричного характеру. М'ятна овіддушка забезпечується застосуванням ментолу, м'ятних олій - перцевої або кучерявої м'яти, а також різних модифікаторів. В овіддушках застосовують метилсаліцилат, гвоздикову олію, евкалиптол, корицевий альдегід. Як підсолоджувачі найчастіше використовують сахарин і деякі його похідні. За кордоном для цієї мети рекомендують сахарат натрію і дульцин разом з невеликою кількістю хлориду натрію або лимонної кислоти. Недавно стали застосовувати натрієву сіль цикламенової кислоти, що за смаком нагадує цукор.

Деякі закордонні фірми приступили до виробництва безабразивних гелеподібних прозорих зубних паст. У них використовують гелі Si2, а також співполімери акрилової кислоти і алілового спирту. Ці пасти володіють високою піноутворюючою здатністю, мають приємний смак і гарний зовнішній вигляд. Вони легко фарбуються в різні яскраві кольори - червоний, синій, зелений, жовтий. Однак їхня очищуюча здатність набагато нижча, ніж паст із використанням абразивів.

Дезодоранти і озоновий «щит» планети

Кожен знає, що дезодоранти – це засоби, що усувають неприємний запах поту. На чому заснована їхня дія? Піт виділяється особливими залозами, розташованими в шкірі на глибині 1...3 мм. У здорових людей на 98...99% він складається з води. З потом з організму виводяться продукти метаболізму: сечовина, сечова кислота, аміак, деякі амінокислоти, жирні кислоти, холестерин, у слідових кількостях білки, стероїдні гормони і ін. З мінеральних компонентів до складу поту входять іони натрію, кальцію, магнію, міді, марганцю, заліза, а також хлоридні і йодидні аніони. Неприємний запах поту пов'язаний з бактеріальним розщепленням його складових або з окислюванням їх киснем повітря. Дезодоранти (косметичні засоби від поту) бувають двох типів. Одні гальмують розкладання виведених з потом продуктів метаболізму шляхом інактивації мікроорганізмів або запобігання окислювання продуктів потовиділення. Дія другої групи дезодорантів заснована на частковому придушенні процесів потовиділення. Такі засоби називають антиперспіранами. Цими властивостями володіють солі алюмінію, цинку, цирконію, свинцю, хрому, заліза, вісмуту, а також формальдегід, таніни, етиловий спирт. На практиці із солей у якості антиперспіранів найчастіше використовують сполуки алюмінію. Перераховані речовини взаємодіють із компонентами поту, утворюючи нерозчинні сполуки, які закривають канали потових залоз і тим самим зменшують потовиділення. В обидва типи дезодорантів вводять віддушки.

Чим же створюється тиск в аерозольних балонах? Це не дозвільне питання, тому що з ним, можна сказати, зв'язана доля людства. Робочий тиск у балонах створюється парами зрідженого газу, або за рахунок стисненого газу, наприклад, N₂, CO₂ або N₂O. Дотепер балони зі стисненими газами застосовувалися рідко, оскільки їхній робочий тиск падає в міру витрати вмісту балона, тобто в міру збільшення об'єму парового простору. Як речовини, що створюють тиск в аерозольних балонах, виявилися зручними фторхлорвуглеводи.

Так, при 21°C тиск парів над рідким CF₂Cl₂ становить 5 атм, а над сумішшю (50%:50%) CF₂Cl₂ й CF₂Cl₂ 2,5 атм. Ці речовини, крім того, мають важливу властивість – малу хімічну активність стосовно багатьох речовин. Легкокиплячі і хімічно інертні речовини, використовувані для створення підвищеного тиску в аерозольних балонах, називають пропеллентами. Таким чином, в аерозольних балонах у рідкій речовині (основі), заради якого і створюється пристрій, міститьться рідкий пропеллент. Досить часто розчини аерозольного балона (одеколони, креми для гоління і ін.) містять воду. Пропелленты CF₂Cl₂ і CFCl₃ згодом частково гідролізуються (взаємодіють із водою) і тому небажані. У таких випадках у якості пропеллента використовують CF₂Cl – CF₂Cl (1,2-дихлортетрафторетан). У цей час прийнято міжнародну угоду по скороченню виробництва аерозольних балонів, що містять у якості пропеллентів фторхлорвуглеводи, оскільки встановлено, що вони погано впливають на озоновий шар Землі.

В атмосфері на певній висоті від Землі є підвищена концентрація озону. Він утворюється у результаті фотодисоціації молекулярного кисню і взаємодії атомарного кисню

O₂ ? [h? (світло)] > 2O

з молекулярним відповідно до рівняння

O + O₂ ? O₃*

молекули озону, що утворюються, містять надлишкову енергію, тобто вони порушені. Якщо не відвести від молекули озону цю надлишкову енергію, то вона довго не проіснує, а розпадеться на вихідні атомарний і молекулярний кисень. Щоб молекула озону стала стабільною, вона повинна віддати надлишок енергії якійсь іншій молекулі, наприклад молекулі азоту:

O₃* + N₂ ? O₃ + N₂*

Концентрація озону в атмосфері залежить від двох причин. 1. Для дисоціації молекул O₂ на атоми потрібно інтенсивне короткохвильове сонячне випромінювання, що поглинається в міру наближення до Землі. Отже, дисоціація O₂ на атоми переважно протікає у верхніх шарах. 2. Для стабілізації молекул, що утворяться, озону необхідне зіткнення з іншими частками, тобто розрідження повітря не повинне бути занадто великим, а отже, висота повинна бути також не дуже велика. У результаті цих двох факторів, що діють у протилежних напрямках, озон накопичується в певних шарах атмосфери. Досвід показує, що найбільша його концентрація спостерігається на висоті близько 50 км. Цей шар атмосфери і називають озоновим «щитом» планети. Він відіграє надзвичайно важливу роль у збереженні життя на Землі. Виявилося, що молекули озону, як ніякі інші, що перебувають в атмосфері, сильно поглинають фотони з довжиною хвилі від 200 до 310 нм, тобто ультрафіолетове випромінювання Сонця. Відомо, що рослини і тварини гинуть при інтенсивному опроміненні цим світлом. Таким чином, можна сказати, що від концентрації озону залежить доля нашої планети.

Концентрація озону в атмосфері залежить від вмісту оксидів азоту і фторхлорметанів. Оксиди азоту постійно присутні в низьких концентраціях у результаті фотохімічної взаємодії азоту і кисню. Оксид азоту (II) руйнує озон, а оксид азоту (IV) зв'язує атомарний кисень.

Таким чином, оксиди азоту відіграють роль каталізаторів у розкладанні озону.

За 4,6 млрд років існування нашої планети встановилася рівновага, і життя на Землі виникло і розвилося при певному рівноважному стані атмосфери. Однак інтенсивний розвиток надзвукової авіації починає впливати на рівновагу, що створилася в атмосфері. Оскільки надзвукові літаки призначені для польотів у стратосфері, верхня межа якої підходить до «озонового» шару, то з'являється небезпека впливу надзвукової техніки на цей шар. При згорянні палива у двигунах літаків у досить великих кількостях утворюються оксиди азоту.

Іншим джерелом небезпеки для озонового шару є фторхлорметани (головним чином CF₂Cl₂ і CFCl₃). Ці речовини широко використовують у балонах в аерозольному упакуванні, а також у якості холодоагентів у промислових і побутових холодильниках. Фторхлорметани – надзвичайно інертні хімічні речовини. В атмосфері вони руйнуються лише у верхніх шарах під дією ультрафіолетового випромінювання в діапазоні довжин хвиль 190...225 нм. Одним із продуктів розкладання фторхлорметанів є атомарний хлор:

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

Швидкість руйнування фторхлорметанів максимальна на висоті близько 30 км, тобто в шарі, що примикає до озонового. Атомарний хлор так само, як й оксиди азоту, здатен каталізувати розкладання озону.

Наукова громадськість висловлює заклопотаність руйнуванням озонового шару Землі і вимагає скорочення використання фторхлорметанів як розпилювачі аерозолів.

Необхідно відзначити ще раз, що опіки сонячним світлом викликаються ультрафіолетовими променями в області довжин хвиль 280...315 нм (еритемна область). Ультрафіолетові промені з довжинами хвиль 315...400 нм сприяють утворенню на шкірі людини пігменту меланіну, що служить захистом від еритерми (від опіку). У деяких країнах налагоджений випуск фотозахисних кремів, які поглинають або відбивають сонячні промені еритемної області, але пропускають промені, що стимулюють появу на шкірі засмаги. Як приклади фотозахисних сполук можна вказати етиловий ефір цинаміліденоцтової кислоти (I) і 2-фенілбензоксазол (II).

Косметичні засоби

У світі вважається, що серед найбільш прибуткових галузей промисловості на одному з перших місць стоїть косметична. Спостереження показують, що якщо потрібно, то жінки можуть відмовити собі багато в чому, тільки не в тім, що зробить себе хоча б трішки гарнішими.

Мистецтво косметики йде в давню давнину. Так, при розкопках знайдені єгипетські мумії, нігті яких розфарбовані. В усипальницях єгипетських пірамід виявлені натуральні фарби і косметичні інструменти, різні плитки для готування суміші фарб і рум'янців, посудини для зберігання мазей і масел. Знайдено письмовий документ - папірус Еберса, у якому викладені косметичні правила і рецепти. Його написання відносять до п'ятого тисячоріччя до нової ери.

Письмові джерела давньої давнини і спостереження сучасних мандрівників свідчать про те, що на ранній стадії розвитку до розфарбовування тіла фарбами були небайдужі і чоловіки. Як атавізм цього можна розглядати схильність деяких чоловіків до нашкірного татуювання. У міру розвитку культури чоловіки гублять цей інтерес. Прагнення жінок до підфарбовування шкіри (особливо лиця) навпаки підсилюється. Зважаючи на все, для жінок немає простого зв'язку між культурою і кількістю використовуваної косметики. Зв'язок скоріше можна вловити між кількістю косметики і природженим смаком.

Древні рукописи свідчать, що вже тисячі років тому жінки Сходу підфарбовували віки в блакитні кольори найтоншим пилком з товченої бірюзи. Бірюза – це природний мінерал, що має сполуку СuАl₆(PO₄)₄(OH)₈•4H₂О.

З незапам'ятних часів для підфарбовування брів використовувався м'який природний мінерал – сурм'яний блиск Sb2S3. У російській мові було вираження «сурмити брови». Сурм'яний блиск поставлявся в різні країни арабами, які називали його стиби. Від цієї назви й пішло латинське стибіум, що означало в стародавності не хімічний елемент, а його сульфід Sb₂S₃. Природний сурм'яний блиск має кольори від сірого до чорного із синьою або райдужною мінливістю.

Достеменно відомо, що в Росії косметичні фарби застосовувалися наприкінці XVI і особливо широко в XVII ст. Історик П. М. Лук'янов в одній зі своїх книг цитує саксонського мандрівника Олеарія, що відвідав Росію в першій половині XVII ст. і пізніше описав свої враження: «Жінки в Росії середнього росту, взагалі стрункі, ніжні лицем, але в містах усі рум'яняться і так грубо й помітно, що дивлячись на них подумаєш, начебто хто вимазав їх рукою повною борошна і потім пензликом намазував їм на щоки червону фарбу. Брови і вії вони також підфарбовували чорною, а іноді й коричневою фарбою». Враження того ж часу іншого мандрівника по Росії голландця Стрюйса на цей рахунок записані наступними словами: «Хоча жінки звичайно білі, і шкіра на лиці їх дуже гладка, все-таки вони майже всі рум'яняться або вірніше натираються незграбно білилом і запрошують для цього білильщиць». Рум’янами в той час малювали не тільки щоки, але й губи.

Природно, що в давній давнині як косметичні препарати використовувалися лише природні мінеральні й органічні речовини. З розвитком хімії для цієї мети все частіше стали застосовувати синтетичні продукти. Так, наприклад, як пігмент для губних помад застосовують малиново-червоний біс-диметилгліоксимат нікелю. Органічний реагент диметилгліоксим хіміки-аналітики використовують для якісного виявлення і кількісного визначення іонів нікелю (II).

Промисловість випускає перламутрові губні помади і креми, а також шампуні з перламутровими блисками. Перламутровий ефект у косметичних засобах створюється солями вісмутила BiOCl і Вi(NO₃) або тітанірованою слюдою – перламутровим порошком, що містить близько 40% Ti₂. Давно відоме перлове або іспанське білило. Їхнім основним компонентом є Вi(NO₃)₂, що утворюється при розчиненні нітрату вісмуту Вi(NO₃)₃ у воді. У косметиці ці білила використовують для готування білого гриму.

Для створення спеціальних косметичних засобів (гримів) застосовують оксид цинку Zn, одержуваний прожарюванням основного карбонату (ZnOH)₂CO₃. У медицині його використовують у присипках (у якості в'язкого, що підсушує, дезінфікуючого засобу) і для виготовлення мазей.

Косметичні декоративні пудри – багатокомпонентні суміші. У них входять: тальк, каолін, Zn, Ti₂, MgCO₃, крохмаль, цинкові і магнієві солі стеаринової кислоти, а також органічні і неорганічні пігменти, зокрема Fe₂O₃. Тальк надає пудрі сипкість і ковзний ефект. Його недоліком є здатність усмоктуватися в шкіру і надавати жирний блиск. Проте до складу пудр він входить у кількості до 50...80%. Каолін володіє високою укривістю і здатністю усмоктувати надлишок жирових виділень шкіри. Його підвищена гігроскопічність сприяє нерівномірному розподілу пудри на шкірі, тому каолін вводять не більше 25%. Оксиди цинку і титану володіють гарною укривістю. Крім того, оксид цинку має антисептичні властивості і тому одночасно виконує роль дезінфікуючої добавки. Ці оксиди вводять у пудри до 15%. У великих кількостях вони приводять до сухості шкіри. Крохмаль надає шкірі бархатистість, а завдяки стеаратам цинку і магнію пудра добре втримується на шкірі і робить її гладкою.

Компактна пудра на відміну від розсипної містить добавки: натрійкарбоксиметилцелюлозу, вищі жирні кислоти, воски, багатоатомні спирти і їхні ефіри, мінеральні і рослинні масла. Вони дозволяють одержувати при пресуванні брикети певної форми, які зберігають міцність при тривалому вживанні.

У побуті в якості дезінфікуючого і відбілюючого засобу широко використовують розчини (3, 6, 10%-ні) пероксиду водню. Більш концентрований - 30%-ний розчин пероксиду водню - називають пергідролем. Пероксид водню - нестійка (особливо на світлі) хімічна сполука. Вона розкладається на воду і кисень:

2H₂O₂ = 2H₂О + O₂

У момент утворення кисень перебуває в атомарному стані і лише потім переходить у молекулярний:

2О = O₂

Атомарний кисень має особливо сильну окисну властивість. Завдяки йому розчини пероксиду водню руйнують барвники і відбілиюють тканини з бавовняних і вовняних тканин, шовк, пір'я, волосся. Здатність пероксиду водню знебарвлювати волосся використовують у косметиці. Вона заснована на взаємодії атомарного кисню з барвником волосся меланіном - сумішшю складних органічних речовин. При окислюванні меланін переходить у безбарвну сполуку. Варто пам'ятати, що пергідроль викликає опіки шкіри і слизових оболонок.

У цей час для фарбування волосся є великі асортименти різних органічних барвників.

Іноді ж для цієї мети застосовують солі срібла, міді, нікелю, кобальту, заліза. У такому випадку фарбування волосся здійснюють за допомогою двох розчинів. Один з них містить солі даних металів: нітрати, цитрати, сульфати або хлориди, а другий - відновники: пірогалол, танін і ін. При змішанні цих розчинів іони металів відновлюються до атомів, які й осаджуються на поверхні волосся.

Найпоширеніший лак для нігтів представляє розчин нітроцелюлози в органічних розчинниках. Нітроцелюлозу одержують нітруванням целюлозисумішшю азотної і сірчаної кислот. Вона є складним ефіром азотної кислоти і характеризується загальною формулою [C₆H₇O₂(OH)₃–x(ONO₂)_x]_n. Як розчинники використовують аміловий ефір оцтової кислоти, ацетон, різні спирти, етиловий ефір, а також їхні суміші. У лак додають пластифікатори - касторове масло або інші екстракти, які перешкоджають знежиренню нігтів і запобігають їх ламкості.

Варто відзначити, що косметика тісно стикається з гігієною, тому що є багато косметичних засобів (лосьйони, креми, шампуні й ін.), які виконують і гігієнічну функцію.

Читайте також:

Меню