Chemia. Po prostu
WSiP / Szkoły ponadgimnazjalne / "Chemia. Po prostu"
WSiP / Szkoły ponadgimnazjalne / "Chemia. Po prostu"
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
SZKOŁY<br />
PONADGIMNAZJALNE<br />
zakres podstawowy<br />
<strong>Po</strong> <strong>prostu</strong><br />
<strong>Chemia</strong><br />
<strong>Po</strong>dręcznik
SPIS TREŚCI 3<br />
Jak korzystać z podręcznika ...........................4<br />
Regulamin szkolnej pracowni chemicznej ......6<br />
1 O szkolnej pracowni chemicznej<br />
i zasadach bezpiecznej pracy ....................7<br />
1. Mineralne skarby<br />
Ziemi<br />
2 O alotropii węgla i innych pierwiastków ....15<br />
3 O tlenku krzemu(IV) – popularnym<br />
minerale skorupy ziemskiej ....................23<br />
4 O skałach wapiennych i ich znaczeniu<br />
dla gospodarki .......................................29<br />
5 O solach bezwodnych i uwodnionych ......38<br />
6 O cemencie, wyrobach ceramicznych<br />
i szkle ...................................................44<br />
7 Przegląd wiadomości: Mineralne<br />
skarby Ziemi .........................................53<br />
2. <strong>Chemia</strong><br />
w rolnictwie<br />
8 O glebie jako bogactwie naturalnym ........61<br />
9 O składnikach pokarmowych roślin ........68<br />
10 O problemach związanych<br />
z degradacją gleb ...................................74<br />
11 Przegląd wiadomości: <strong>Chemia</strong><br />
w rolnictwie ..........................................81<br />
3. <strong>Chemia</strong> a nasze<br />
zdrowie<br />
12 O chemicznych składnikach żywności .....91<br />
13 O reakcjach zachodzących podczas<br />
przygotowywania żywności ....................99<br />
14 O wodzie i napojach dnia<br />
codziennego ........................................106<br />
15 O chemicznych regulatorach<br />
nastroju...............................................116<br />
16 O substancjach użytecznych w walce<br />
z chorobami ........................................124<br />
17 Przegląd wiadomości: <strong>Chemia</strong><br />
a nasze zdrowie ...................................132<br />
4. <strong>Chemia</strong> opakowań<br />
i odzieży<br />
18 O opakowaniach i materiałach,<br />
z których są wykonane .........................141<br />
19 O substancjach, z których<br />
jest wytwarzana odzież .........................149<br />
20 O surowcach gromadzonych<br />
na składowiskach odpadów ..................160<br />
21 Przegląd wiadomości: <strong>Chemia</strong><br />
opakowań i odzieży .............................169<br />
5. <strong>Chemia</strong> środków<br />
czystości<br />
22 O mydle – najważniejszym sojuszniku<br />
w walce z brudem ................................179<br />
23 O środkach do mycia i czyszczenia .......187<br />
24 O substancjach zawartych<br />
w kosmetykach ....................................194<br />
25 Przegląd wiadomości: <strong>Chemia</strong><br />
środków czystości ................................203<br />
6. Energia dzisiaj<br />
i jutro<br />
26 O węglu jako paliwie ............................213<br />
27 O gazie ziemnym i ropie naftowej jako<br />
surowcach strategicznych .....................220<br />
28 O produktach przemysłu<br />
petrochemicznego ...............................227<br />
29 O alternatywnych źródłach energii ........235<br />
30 Przegląd wiadomości: Energia<br />
dzisiaj i jutro........................................244<br />
Indeks ......................................................251<br />
Tabela rozpuszczalności ............................252<br />
Źródła fotografii i ilustracji ........................253
4<br />
Jak korzystać z podręcznika<br />
<strong>Po</strong>dręcznik został podzielony na sześć działów tematycznych, które składają się z rozdziałów,<br />
odpowiadających lekcjom. Znajdują się w nim opisy i analizy zagadnień chemiczych związane<br />
z życiem codziennym człowieka we współczesnym świecie.<br />
Przypomnienie – najważniejsze treści z gimnazjum,<br />
których znajomość jest niezbędna do zrozumienia<br />
zagadnień znajdujących się w danym dziale<br />
Lista pojęć omawianych w lekcji<br />
Temat lekcji<br />
Doświadczenie,<br />
które może wykonać<br />
uczeń<br />
U<br />
U<br />
Doświadczenie,<br />
które może wykonać<br />
tylko nauczyciel<br />
Doświadczenie, które uczeń<br />
może wykonać przy użyciu<br />
techniki małej skali<br />
<strong>Po</strong>lecenia i zadania<br />
do sprawdzenia<br />
wiadomości i umiejętności<br />
Rozwiązanie tego zadania wymaga<br />
dodatkowych informacji, które można<br />
znaleźć np. w internecie<br />
Propozycja tematu<br />
do zrealizowania<br />
metodą projektów
5<br />
Ważne<br />
treści<br />
<strong>Po</strong>dsumowanie<br />
i sprawdzenie<br />
– przygotowane<br />
do każdej lekcji<br />
Zapamiętaj<br />
– zestawienie<br />
najważniejszych<br />
informacji w lekcji<br />
<strong>Po</strong> tej lekcji potrafisz<br />
– umiejętności<br />
z podstawy<br />
programowej<br />
Rozwiąż zadania<br />
– zestaw zadań<br />
sprawdzających<br />
wiadomości<br />
i umiejętności<br />
Doświadczenia<br />
do wykonania na lekcji<br />
– uzupełnione zdjęciami<br />
Przegląd wiadomości<br />
– podsumowanie działu z najważniejszymi<br />
informacjami przedstawionymi w formie<br />
schematów i tabel<br />
Zbadaj i opisz samodzielnie<br />
– doświadczenia do wykonania<br />
w domu przy użyciu dostępnych<br />
środków i sprzętu<br />
Zadania do działu<br />
– zestaw zadań podsumowujących<br />
wraz z punktacją
23<br />
Co wspólnego ma proszek<br />
z eutrofizacją<br />
22<br />
Napięcie powierzchniowe<br />
– dobre czy złe<br />
Gdzie mydło ma głowę,<br />
a gdzie ogon<br />
Czy dezodoranty są pożywką<br />
24 dla bakterii<br />
25<br />
Co szkodzi naszym<br />
łazienkom, a co im pomaga<br />
Komu, jakie kremy i dlaczego<br />
<strong>Chemia</strong><br />
Środków<br />
czystoŚci<br />
5
178 <strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
PRZYPOMNIENIE z nauki chemii<br />
w gimnazjum<br />
• Alkohole to pochodne węglowodorów, w których cząsteczkach co najmniej jeden atom<br />
wodoru został zastąpiony grupą wodorotlenową ÔOH.<br />
ALKOHOLE<br />
jednowodorotlenowe<br />
wielowodorotlenowe<br />
np. CH 3 OH<br />
alkohol metylowy<br />
(metanol)<br />
H<br />
ô<br />
HÔCÔOH<br />
ô<br />
H<br />
np. C 2 H 4 (OH) 2<br />
glikol etylenowy<br />
(etano-1,2-diol)<br />
H<br />
ô<br />
HÔCÔOH<br />
ô<br />
HÔCÔOH<br />
ô<br />
H<br />
• Kwasy karboksylowe to kwasy organiczne z grupą karboksylową ÔCOOH w cząsteczce.<br />
KWASY KARBOKSYLOWE<br />
niższe kwasy karboksylowe<br />
wyższe kwasy karboksylowe (kwasy tłuszczowe)<br />
np. HCOOH<br />
kwas<br />
mrówkowy<br />
HÔC ŮO<br />
ú OÔH<br />
nasycone<br />
np. C 15 H 31 COOH<br />
kwas palmitynowy<br />
nienasycone<br />
np. C 17 H 33 COOH<br />
kwas oleinowy<br />
CH 3 Ô(CH 2 ) 7 ÔCHŐCHÔ(CH 2 ) 7 ÔCOOH + Br 2 Ű CH 3 Ô(CH 2 ) 7 ÔCHÔCHÔ(CH 2 ) 7 ÔCOOH<br />
ô ô<br />
Br Br<br />
• Estry to związki otrzymywane w reakcji kwasów karboksylowych z alkoholami.<br />
• reakcja estryfikacji<br />
CH 3 ÔC ŮO<br />
ú OH<br />
+ C 2 H 5 ÔOH H 2 SO 4(stęż.)<br />
CH 3 ÔC ŮO<br />
ú OÔC2 H 5<br />
+ H 2 O<br />
wiązanie estrowe<br />
• hydroliza estrów<br />
HCOOC 2 H 5<br />
mrówczan<br />
etylu<br />
+ H 2 O<br />
woda<br />
HCOOH + C 2 H 5 OH<br />
kwas alkohol<br />
mrówkowy etylowy<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA
179<br />
22 O mydle<br />
– najważniejszym<br />
sojuszniku w walce<br />
z brudem<br />
• Otrzymywanie, rodzaje i właściwości mydeł<br />
• Napięcie powierzchniowe wody<br />
• Budowa mydeł i mechanizm usuwania brudu<br />
• Zachowanie mydła w twardej wodzie<br />
Współczesnemu człowiekowi trudno wyobrazić sobie życie bez mycia. Używanie środków<br />
czystości jest wpisane w harmonogram dnia. <strong>Po</strong>dczas mycia nie zastanawiamy się, dlaczego<br />
brud daje się usunąć.<br />
OTRZYMYWANIE MYDEŁ<br />
Mydła to sole kwasów tłuszczowych: palmitynowego, stearynowego i oleinowego. Otrzymuje<br />
się je, działając na tłuszcze zasadą sodową lub zasadą potasową.<br />
Otrzymajmy mydło w pracowni szkolnej.<br />
22.1. OTRZYMYWANIE<br />
MYDŁA Z TŁUSZCZU<br />
ZWIERZĘCEGO<br />
• W parownicy umieszczamy łyżkę<br />
smalcu, 15 cm 3 stężonej zasady sodowej<br />
oraz 3– 4 cm 3 alkoholu etylowego.<br />
• Parownicę ogrzewamy około 10 min<br />
i mieszamy jej zawartość bagietką.<br />
• Następnie do kleistej masy wlewamy<br />
20 cm 3 nasyconego roztworu soli<br />
kamiennej, mieszamy i odstawiamy<br />
do ostygnięcia.<br />
• Zbieramy bagietką z powierzchni otrzymany produkt i przenosimy na szalkę Petriego.<br />
• Badamy jego zapach i rozpuszczalność w wodzie.<br />
Obserwacje i wnioski: otrzymany produkt ma charakterystyczny zapach i po intensywnym<br />
wymieszaniu z wodą tworzy pianę. Jest to mydło.
180<br />
<strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
Przebieg reakcji zachodzącej w doświadczeniu można opisać<br />
następująco:<br />
Ů O CH 2 ÔOÔC<br />
ú C 15 H 31<br />
ZMYDLANIEM nazywamy<br />
reakcję tłuszczów z zasadami.<br />
CH 2 ÔOÔH<br />
CH OÔC<br />
Ů O ú C 15 H 31<br />
+ 3 NaOH Ű temp. Ů O 3 C 15 H 31 ÔC +<br />
ú ONa<br />
CH OÔH<br />
CH 2 ÔOÔC<br />
Ů O ú C 15 H 31<br />
CH 2 ÔOÔH<br />
tripalmitynian glicerolu<br />
(tłuszcz – ester glicerolu)<br />
zasada sodowa<br />
palmitynian sodu<br />
(mydło)<br />
glicerol<br />
(alkohol)<br />
W przemyśle wysokogatunkowe mydła wytwarza<br />
się najczęściej z oleju kokosowego<br />
lub palmowego.<br />
Proces ten zachodzi w dwóch etapach.<br />
• Zmydlanie – ogrzewanie tłuszczu z niewielką<br />
ilością zasady sodowej (ługu sodowego)<br />
do momentu sklejenia się masy. Proces<br />
ten trwa od 2 do 5 godzin. Następnie prowadzi<br />
się domydlanie, czyli dodawanie wody<br />
do momentu, aż masa mydlana zacznie się<br />
ciągnąć.<br />
• Wysalanie masy mydlanej – dodawanie do<br />
masy mydlanej solanki lub stałej soli podczas<br />
ciągłego mieszania zawartości. Z roztworu<br />
strąca się mydło, które wypływa na<br />
powierzchnię. <strong>Po</strong> pewnym czasie następuje<br />
utworzenie warstwy mydlanej i warstwy zawierającej<br />
glicerynę.<br />
Ryc. 22.1. Końcowy etap tradycyjnego sposobu<br />
wytwarzania mydła<br />
Mydło produkowane tradycyjnie jest poddawane gotowaniu tak długo, dopóki nie zakończy<br />
się proces zmydlania (w przeciwieństwie do produkcji przemysłowej, w której mydło jest produkowane<br />
za pomocą gorącej pary wodnej). <strong>Po</strong> ostudzeniu mydło jest ręcznie cięte na odpowiedniej<br />
wielkości kawałki, stemplowane (ryc. 22.1) i odkładane na 9-miesięczny proces dojrzewania.<br />
Mydło niepocięte może być składowane przez 10 lat bez utraty jakości.<br />
Obecnie coraz częściej produkuje się też mydła w wyniku bezpośredniej reakcji zasad z kwasami<br />
tłuszczowymi (stearynowym, palmitynowym, oleinowym) otrzymanymi z rafinacji ropy<br />
naftowej:<br />
C 15 H 31 COOH + NaOH Ű C 15 H 31 COONa + H 2 O<br />
kwas palmitynowy<br />
palmitynian sodu<br />
Reakcję zobojętniania kwasu tłuszczowego można przeprowadzić, używając również innych<br />
wodorotlenków, np. wodorotlenków potasu, cynku, magnezu i wapnia. Otrzymane w ten sposób<br />
mydła różnią się konsystencją i rozpuszczalnością w wodzie.<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 22
O mydle – najważniejszym sojuszniku w walce z brudem<br />
181<br />
• rozpuszczalne w wodzie<br />
MYDŁA<br />
W zależności od zachowania się w wodzie rozróżnia się mydła:<br />
• nierozpuszczalne w wodzie<br />
sodowe (palmitynian sodu,<br />
stearynian sodu) – białe i twarde;<br />
po dodaniu olejków zapachowych,<br />
środków natłuszczających<br />
i barwiących, a niekiedy<br />
wyciągów z ziół produkuje się<br />
z nich mydła toaletowe<br />
cynkowe, magnezowe, wapniowe,<br />
litowe, glinowe – do produkcji<br />
smarów, impregnacji tkanin,<br />
zagęszczania paliw, do wyrobu<br />
lakierów, leków, kosmetyków<br />
potasowe (palmitynian<br />
potasu, stearynian potasu)<br />
– szare, miękkie,<br />
maziste, dobrze się pienią;<br />
do produkcji szarego mydła<br />
używanego do prania<br />
WŁAŚCIWOŚCI MYDEŁ<br />
Mydła sodowe i potasowe podczas rozpuszczania się w wodzie dysocjują na jony. Dysocjację<br />
palmitynianu sodu można zilustrować równaniem:<br />
C 15 H 31 COONa Ű H 2 O C 15 H 31 COO – + Na +<br />
Roztwory mydeł mają odczyn zasadowy. <strong>Po</strong>twierdź doświadczalnie tę informację.<br />
22.2. BADANIE ODCZYNU<br />
ROZTWORU MYDŁA<br />
• Zwilż wodą uniwersalny papierek wskaźnikowy i oceń<br />
jego barwę.<br />
• Papierek połóż na kostce mydła toaletowego i sprawdź,<br />
jaki przybrał kolor.<br />
Obserwacje i wnioski: w obecności mydła papierek wskaźnikowy przyjął zielononiebieskie<br />
zabarwienie. Świadczy to o obecności jonów wodorotlenkowych w roztworze mydła.<br />
Rozpuszczalne mydła reagują z wodą zgodnie z równaniem:<br />
C 15 H 31 COO – + Na + + H 2 O Ű C 15 H 31 COOH + Na + + OH –
182<br />
<strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
Mydła toaletowe mają odczyn zasadowy, natomiast skóra<br />
człowieka ma odczyn lekko kwasowy. Mycie takim mydłem<br />
może powodować przesuszenie i podrażnienie skóry.<br />
Z tego powodu dermatolodzy odradzają używanie ich<br />
osobom o skórze wrażliwej i bardzo suchej. Nie zaleca się<br />
także mycia nimi twarzy oraz stosowania tego rodzaju mydeł<br />
do częstego mycia rąk. Większość dostępnych mydeł<br />
tylko wyglądem i sposobem działania przypomina tradycyjne<br />
mydło. Są to łagodnie działające środki myjące<br />
o pH poniżej 7, które nie wysuszają i nie niszczą skóry,<br />
a dzięki substancjom nawilżającym pielęgnują ją.<br />
Gliceryna, lanolina lub oleje roślinne oraz kremy i miód –<br />
zostawiają na skórze cienką warstwę chroniącą przed nadmiernym<br />
wysu szeniem. Takimi „mydłami bez mydła” są<br />
np. kostki dermatologiczne i płynne mydła dermatologiczne<br />
(ryc. 22.2).<br />
NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE WODY<br />
Właściwości powierzchni wody wpływają na sposób działania<br />
mydła jako środka ułatwiającego usuwanie brudu.<br />
Niewielkie przedmioty położone delikatnie na wodzie nie<br />
toną (ryc. 22.3). Mydło zmienia właściwości granicy woda–powietrze<br />
i niszczy napięcie powierzchniowe wody.<br />
Rycina 22.4 pokazuje, że cząsteczki wody znajdujące się<br />
na powierzchni są otoczone mniejszą liczbą cząsteczek<br />
wody niż te, które są w głębi. Wskutek tego na powierzchni<br />
cieczy tworzy się swoista błonka. Jej wytrzymałość jest<br />
określana przez napięcie powierzchniowe. Krople wody<br />
są kuliste i kiedy spadną np. na tłustą powierzchnię, nie<br />
zwilżają jej, ale zachowują swój kształt. Tak samo dzieje<br />
się, gdy woda styka się z powierzchnią skóry, liści, płatków<br />
kwiatów itd. (ryc. 22.5).<br />
suchość skóry<br />
po dwóch tygodniach stosowania<br />
żel dermatologiczny o pH 5,5<br />
mydło toaletowe<br />
Ryc. 22.2. Badania potwierdzają, że żele<br />
dermatologiczne i mydła o pH 5,5<br />
powodują mniej podrażnień skóry<br />
w porównaniu z tradycyjnymi mydłami<br />
toaletowymi<br />
Ryc. 22.3.Spinacze unoszą się na wodzie<br />
dzięki jej napięciu powierzchniowemu<br />
Ryc. 22.4. Schemat ilustrujący<br />
mechanizm napięcia powierzchniowego<br />
Ryc. 22.5. Krople wody nie zwilżają liścia<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 22
O mydle – najważniejszym sojuszniku w walce z brudem<br />
183<br />
BUDOWA MYDEŁ I MECHANIZM USUWANIA BRUDU<br />
Czysta woda nie zwilża tkaniny. Jeżeli kroplę wody dotknie się bagietką zwilżoną roztworem<br />
mydła, to rozpłynie się ona i woda wniknie we włókna tkaniny (ryc. 22.6). Obserwacja ta jest<br />
podstawą wyjaś nienia mechanizmu usuwania brudu.<br />
kropla czystej wody nie zwilża tkaniny<br />
kropla wody z roztworem mydła zwilża tkaninę<br />
siła napięcia powierzchniowego<br />
Ryc. 22.6. Schemat tłumaczący wpływ mydła na zwilżanie tkanin wodą<br />
Mydła to związki jonowe. Budowa anionu mydła, np. C 15 H 31 COO – , określa zdolność mydła do<br />
usuwania brudu. Anion składa się z fragmentu o budowie polarnej (takiej, jaką ma cząsteczka<br />
wody) i fragmentu o budowie niepolarnej (takiej, jaką ma najczęściej brud) (ryc. 22.7). <strong>Po</strong>larna<br />
część anionu mydła „lubi” polarną wodę i unika kontaktu z niepolarnym brudem. Niepolarny<br />
fragment zachowuje się odmiennie – „lubi” brud i unika kontaktu z wodą.<br />
CH 3 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔCH 2 ÔC ŮO ú<br />
O –<br />
Ryc. 22.7. Model anionu mydła<br />
fragment niepolarny (hydrofobowy)<br />
fragment polarny<br />
(hydrofilowy)<br />
<strong>Po</strong> wprowadzeniu mydła do wody niepolarne<br />
części anionu dążą do zmniejszenia kontaktu<br />
z wodą, rozmieszczając się przy jej powierzchni<br />
w taki sposób, aby kierować się ku powietrzu.<br />
Dlatego gromadzenie anionów mydła na<br />
powierzchni wody zmniejsza jej napięcie powierzchniowe<br />
(ryc. 22.8).<br />
<strong>Po</strong> umieszczeniu tkaniny zanieczyszczonej<br />
olejem albo inną substancją niepolarną w wodzie<br />
z mydłem niepolarne fragmenty jonu mydła<br />
wnikają w niepolarny brud i tworzą wokół<br />
powietrze<br />
woda<br />
Ryc. 22.8. Aniony mydła ustawione na granicy wody<br />
i powietrza
184<br />
<strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
powietrze<br />
brud<br />
brud<br />
woda<br />
Ryc. 22.9. Brud otoczony anionami mydła zostaje<br />
oderwany od materiału<br />
woda<br />
woda<br />
Ryc. 22.10. Tworzenie się piany – polarny fragment anionu<br />
pozostaje w wodzie<br />
niego otoczkę (ryc. 22.9). Mieszanie i tarcie ułatwia odrywanie brudu od tkaniny. Ujemny ładunek<br />
fragmentów polarnych jonów mydła uniemożliwia ich ponowne łączenie. <strong>Po</strong>wstaje<br />
trwała emulsja brudu i wody, którą można łatwo usunąć, płucząc oczyszczaną tkaninę w czystej<br />
wodzie. Usuwanie brudu polega więc na tworzeniu emulsji złożonej z wody i cząstek<br />
brudu.<br />
Mieszanie i napowietrzanie wspomagają działanie mydlanej kąpieli, ponieważ pęcherzyki<br />
powietrza dostają się pod powierzchnię wody. Tworzy się wówczas trwała piana. Aniony mydła<br />
ustawiają się tak, że ich polarne części pozostają w wodzie, a niepolarne zwracają się<br />
w stronę powietrza i tworzą wokół pęcherzyków otoczki takie same jak wokół brudu. Aniony<br />
mydła stabilizują więc pianę, uniemożliwiając pękanie baniek mydlanych (ryc. 22.10). Lekkie,<br />
utrwalone otoczkami jonów mydła, pęcherzyki powietrza wynoszą na powierzchnię brud<br />
i w ten sposób przyspieszają jego usuwanie.<br />
Usuwanie brudu w czasie mycia rąk odbywa się podobnie. Przekonaj się o tym,<br />
wykonując doświadczenie.<br />
22.3. BADANIE EMULGUJĄCYCH<br />
WŁAŚCIWOŚCI MYDŁA<br />
• Do dwóch probówek wlej olej i taką samą objętość wody.<br />
• Do pierwszej probówki wrzuć wiórki zestruganego mydła (a).<br />
• Probówki zamknij i intensywnie nimi wstrząśnij.<br />
• Odstaw probówki na kilka minut, po czym opisz wygląd ich<br />
zawartości.<br />
a<br />
b<br />
Obserwacje i wnioski: w probówce pierwszej (a) utworzyła się mętna, trwała emulsja oleju<br />
w wodzie, w probówce drugiej zaś (b) olej i woda rozdzieliły się, tworząc dwie wyraźne warstwy.<br />
Wynik doświadczenia potwierdza, że niepolarny olej nie miesza się z polarną wodą oraz<br />
że mydło umożliwia kontakt obu tych cieczy.<br />
ZACHOWANIE MYDŁA W TWARDEJ WODZIE<br />
Mydła wydają się doskonałym środkiem myjącym i piorącym. Okazuje się jednak, że ich działanie<br />
jest uzależnione od jakości wody.<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 22
O mydle – najważniejszym sojuszniku w walce z brudem<br />
185<br />
Sprawdź, w jakiej wodzie mydło<br />
działa najskuteczniej.<br />
a b c d<br />
22.4. BADANIE ZACHOWANIA<br />
MYDŁA W WODZIE O RÓŻNYM<br />
SKŁADZIE<br />
• Do czterech probówek wlej po 2–3 cm 3 : wody<br />
destylowanej (a), rozcieńczonego roztworu<br />
chlorku wapnia (b), rozcieńczonego roztworu<br />
chlorku magnezu (c) i wody z kranu (d).<br />
• Do każdej probówki wrzuć po kilka wiórków<br />
zestruganego mydła.<br />
• Probówki zamknij korkami i intensywnie nimi<br />
wstrząśnij.<br />
a<br />
b<br />
c<br />
d<br />
Obserwacje i wnioski: w probówce (a) wytworzyła się obfita piana. W probówkach (b) i (c)<br />
strąciły się białe, kłaczkowate osady, a na powierzchni cieczy pojawiła się niewielka ilość piany.<br />
W probówce (d) utworzyły się, w zależności od jakości wody, mniej lub bardziej intensywny<br />
osad i trochę piany. Mydło w kontakcie z zawartościami probówek (b) i (c) strąca kłaczkowate<br />
osady nierozpuszczalnych stearynianów i palmitynianów. <strong>Po</strong>niższe równanie ilustruje<br />
jedną z zachodzących reakcji:<br />
2 C 15 H 31 COONa + CaCl 2 Ű (C 15 H 31 COO) 2 Ca + 2 NaCl<br />
palmitynian sodu<br />
mydło sodowe<br />
W twardej wodzie mycie i pranie są utrudnione, ponieważ mydło tworzy z jonami Ca 2+ i Mg 2+<br />
nierozpuszczalne związki. Część tych jonów można usunąć z twardej wody przez jej gotowanie.<br />
Gotowanie ma jednak niewielki wpływ na rozpuszczalność siarczanów(VI) wapnia i magnezu.<br />
Usuwanie twardości pochodzącej od tych soli polega na strącaniu trudno rozpuszczalnych<br />
węglanów i fosforanów(V) wapnia i magnezu. Dlatego proszki i płyny do prania oraz<br />
zmywania zawierają sodę (węglan sodu) i rozpuszczalne w wodzie fosforany(V).<br />
TO CIEKAWE!<br />
Bańki w służbie nauki<br />
palmitynian wapnia<br />
mydło wapniowe<br />
Mydło tworzące bańki zmniejsza napięcie powierzchniowe wody i tworzy cienką trójwarstwową<br />
błonę. Naukowcy zaczęli eksperymentować z bańkami mydlanymi zaledwie dwieście lat temu.<br />
Każda bańka mydlana ma unikalny układ kolorów i jest przykładem tego, jak można osiągnąć<br />
maksymalną objętość przy minimalnej ilości materiału.
186<br />
<strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
<strong>Po</strong>dsumowanie i sprawdzenie<br />
ZAPAMIĘTAJ<br />
• Mydła to sole wyższych kwasów tłuszczowych, m.in. kwasu palmitynowego i stearynowego.<br />
• Mydła na skalę przemysłową otrzymuje się w wyniku zmydlania tłuszczów NaOH lub KOH.<br />
• Mydła sodowe i potasowe rozpuszczają się w wodzie i ulegają dysocjacji elektrolitycznej.<br />
• Aniony mydeł zawierają fragmenty niepolarne oraz polarne.<br />
• Mydła zmniejszają napięcie powierzchniowe wody.<br />
• Mycie i pranie przy użyciu wody i mydła polega na emulgowaniu brudu. W czasie tych<br />
procesów niepolarne fragmenty anionów mydeł wnikają w niepolarny brud.<br />
• W twardej wodzie mydła sodowe i mydła potasowe strącają nierozpuszczalne sole kwasów<br />
tłuszczowych, tzw. mydła wapniowe i mydła magnezowe.<br />
PO TEJ LEKCJI POTRAFISZ<br />
• opisać sposób otrzymywania mydła;<br />
• napisać równanie reakcji zmydlania tłuszczów;<br />
• wyjaśnić emulgującą rolę mydła w procesie usuwania brudu;<br />
• wskazać fragmenty hydrofobowe i hydrofilowe we wzorach jonów mydeł;<br />
• badać i wyjaśniać zachowanie mydeł w twardej wodzie.<br />
ROZWIĄŻ ZADANIA<br />
1. Do trzech probówek zawierających roztwór wodny wodorotlenku sodu dodano kilka<br />
kropel fenoloftaleiny, a następnie wprowadzono: kwas octowy (do pierwszej), kwas<br />
palmitynowy (do drugiej) i kwas stearynowy (do trzeciej). Zawartości probówek drugiej<br />
i trzeciej podgrzano. Opisz wyniki wykonanych prób (barwa roztworów, pienienie się<br />
zawartości). Napisz równania reakcji uzasadniające opisane obserwacje.<br />
2. Do dwóch probówek zawierających roztwór stearynianu sodu C 17 H 35 COONa<br />
wprowadzono: wodę destylowaną (do pierwszej) i wodę wodociągową (do drugiej).<br />
Zawartość probówek wstrząsano. Wyjaśnij przyczynę różnic w ilości wytworzonej piany<br />
i napisz równania zachodzących reakcji w formie jonowej. Wskaż jony odpowiedzialne<br />
za twardość wody. Swoje rozwiązanie porównaj z danymi odczytanymi w internecie.<br />
ZBADAJ I OPISZ SAMODZIELNIE<br />
1. <strong>Po</strong>równaj zdolność mydła do usuwania brudu w czystej i słonej wodzie. W tym celu<br />
natłuść ręce olejem i spróbuj zmyć go mydłem najpierw w czystej wodzie, a potem<br />
w wodzie z dodatkiem soli kuchennej. Wyjaśnij zaobserwowane różnice. <strong>Po</strong>mocą przy<br />
rozwiązywaniu zagadki będzie wykonanie dodatkowego doświadczenia. Do dwóch<br />
talerzy nalej trochę wody i do jednego z nich dodaj łyżeczkę soli kuchennej. Następnie<br />
do obu naczyń nasyp odrobinę pieprzu i dotknij kostką mydła powierzchni wody<br />
w obu talerzach.<br />
2. Korzystając z techniki małej skali, zbadaj właściwości mydła malarskiego (mydła<br />
szarego), kupionego w sklepie z farbami i lakierami.<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 22
187<br />
23<br />
O środkach do mycia<br />
i czyszczenia<br />
• Właściwości detergentów<br />
• Budowa i otrzymywanie detergentów<br />
• Charakterystyka środków czyszczących<br />
• Zasady bezpiecznego stosowania środków czyszczących<br />
Usuwanie brudu polega na zmniejszaniu napięcia powierzchniowego wody, dzięki czemu<br />
zwiększa się możliwość przemieszczania się cząsteczek wody między włókienkami tkaniny<br />
oraz odrywania od niej cząstek brudu. Efektywność działania mydła w twardej wodzie jest<br />
ograniczona i dlatego chemicy opracowali syntetyczne środki myjące, tzw. detergenty.<br />
WŁAŚCIWOŚCI DETERGENTÓW<br />
Przekonaj się o skuteczności działania detergentów.<br />
23.1. BADANIE<br />
WŁAŚCIWOŚCI<br />
DETERGENTÓW<br />
a b c d<br />
• Do czterech probówek wlej po 3– 4 cm 3 :<br />
wody destylowanej (a), rozcieńczonego<br />
roztworu chlorku wapnia (b), rozcieńczonego<br />
roztworu chlorku magnezu (c) i wody<br />
z kranu (d).<br />
• Do każdej probówki dodaj po 2–3 krople<br />
płynu do mycia naczyń.<br />
• Probówki zamknij i intensywnie nimi<br />
wstrząśnij.<br />
a<br />
b<br />
c<br />
d<br />
Obserwacje i wnioski: we wszystkich probówkach wytworzyła się obfita piana i nie strącił<br />
się żaden osad. Obserwacja ta stanowi ilustrację podstawowej zalety detergentów, które tworzą<br />
pianę tak samo skutecznie zarówno z wodą destylowaną, jak i zawierającą jony wapnia<br />
i jony magnezu.
188 <strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
DETERGENTY<br />
Detergenty są składnikami wielu powszechnie używanych środków czyszczących i piorących.<br />
• proszki i płyny do prania<br />
• wybielacze do tkanin<br />
• płyny do mycia naczyń i szkła<br />
• preparaty do czyszczenia urządzeń<br />
kuchennych i sanitarnych<br />
• środki do mycia podłóg i glazury<br />
• żele do udrożniania rur<br />
• środki myjące i czyszczące, np. preparaty<br />
do czyszczenia metali i ich stopów<br />
Detergenty mają wiele cennych właściwości, takich jak zdolność do:<br />
• zmniejszania napięcia powierzchniowego wody;<br />
• pienienia się również w twardej i zimnej wodzie;<br />
• zwilżania powierzchni różnych materiałów;<br />
• usuwania brudu, czyli mycia i prania także w niskiej temperaturze.<br />
BUDOWA I OTRZYMYWANIE DETERGENTÓW<br />
Detergent wykazuje cechy środka powierzchniowo czynnego, ponieważ, podobnie jak mydło,<br />
zawiera dwa fragmenty: niepolarny i polarny (ryc. 23.1).<br />
CH 3 (CH 2 ) n COO – CH 3 (CH 2 ) n OÔSO 3<br />
–<br />
anion mydła<br />
Ryc. 23.1. Budowa anionu mydła i anionu detergentu<br />
anion detergentu<br />
Detergent można otrzymać np. w reakcji estryfikacji alkoholu o długim łańcuchu węglowym<br />
i kwasu siarkowego(VI):<br />
CH 3 (CH 2 ) 11 OH + HOÔSO 2 ÔOH Ű CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 2 ÔOH + H 2 O<br />
alkohol dodecylowy kwas siarkowy(VI) ester woda<br />
(alkohol laurylowy)<br />
Uzyskany w ten sposób ester zobojętnia się wodorotlenkiem sodu zgodnie z równaniem:<br />
CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 2 ÔOH + NaOH Ű CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 2 ÔONa + H 2 O<br />
Produkt tej reakcji rozpuszcza się w wodzie, dysocjując na jony podobnie jak mydło:<br />
CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 2 ÔONa Ű H 2 O CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 2 ÔO – + Na +<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 23
O środkach do mycia i czyszczenia<br />
189<br />
Stosowane dziś detergenty mają różną budowę. Wszystkie jednak charakteryzują się obecnością<br />
fragmentów polarnego i niepolarnego. Działanie detergentów jest takie samo jak działanie<br />
mydeł.<br />
CHARAKTERYSTYKA ŚRODKÓW CZYSZCZĄCYCH<br />
Współczesne środki czyszczące zawierają, oprócz odpowiedniej kombinacji kilku<br />
detergentów, rozmaite dodatki, np. wybielacze i substancje zapachowe.<br />
Proszki do prania<br />
Każdy proszek do prania zawiera wiele substancji, które współdziałając, odgrywają<br />
rolę w procesie usuwania brudu. Istotny jest ich dobór oraz ilość,<br />
dlatego skład proszków do prania jest pilnie strzeżony przez ich<br />
producentów.<br />
Najważniejsze składniki proszków do prania:<br />
• detergenty pełnią funkcję środków powierzchniowo czynnych;<br />
• aktywne wypełniacze zmiękczają twardą wodę;<br />
• fosforany(V) zapobiegają osadzaniu się na pranych tkaninach<br />
nierozpuszczalnych związków wapnia; obecnie coraz częściej<br />
są eliminowane ze składu proszków;<br />
• soda (Na 2 CO 3 ) oraz krzemiany w postaci szkła wodnego zapewniają<br />
zasadowy odczyn kąpieli piorącej;<br />
• inhibitory zaszarzania utrudniają rozdrobnionym cząstkom<br />
brudu oraz nierozpuszczalnym w wodzie składnikom proszków<br />
osiadanie na pranej tkaninie;<br />
• dodatki specjalne m.in. zapobiegają przenoszeniu się barwników<br />
z tkaniny na tkaninę albo mechaceniu się tkanin (np.<br />
celuloza);<br />
• enzymy: proteaza, która „narusza” zabrudzenia białkowe, oraz lipaza i amylaza, które powodują<br />
biochemiczne rozkładanie zabrudzeń tłuszczowych oraz skrobiowych;<br />
• rozjaśniacze optyczne to substancje, które są adsorbowane z kąpieli piorącej na powierzchnię<br />
włókien. Cząsteczki rozjaśniaczy sprawiają, że wyprane tkaniny wydają się bielsze, niż są<br />
w rzeczywistości;<br />
• wybielacze chemiczne odpowiadają za proces usuwania barwnych plam po owocach, kawie,<br />
winie i herbacie. Uwalniają w wysokiej temperaturze tlen atomowy, który niszczy barwniki<br />
znajdujące się w plamach;<br />
• aktywator TAED zapewnia skuteczne działanie substancji wybielających już w niskiej<br />
temperaturze;<br />
• inhibitory piany zmniejszają ilość piany powstającej w czasie prania;<br />
• kompozycje zapachowe;<br />
• wypełniacze i nośniki poszczególnych składników proszku.<br />
Substancje wchodzące w skład proszków do prania sprawiają, że ich wodne roztwory, podobnie<br />
jak roztwory mydeł, wykazują odczyn zasadowy. <strong>Po</strong>za proszkami do prania w gospodarstwach<br />
domowych są stosowane preparaty czyszczące, których roztwory nie mają odczynu<br />
zasadowego.
190 <strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
O odczynie środków do mycia i prania możesz przekonać się doświadczalnie.<br />
23.2. BADANIE<br />
WŁAŚCI WOŚCI<br />
ŚRODKÓW<br />
DO MYCIA I PRANIA<br />
a b c<br />
• Do trzech probówek z wodą destylowaną<br />
dodaj po kilka kropli: płynu do płukania<br />
tkanin (a), szamponu (b) i płynu do mycia<br />
naczyń (c).<br />
• Probówki zamknij i wstrząśnij.<br />
• Za pomocą bagietki nanieś kroplę roztworu z każdej probówki na uniwersalny papierek<br />
wskaźnikowy, po czym do probówek wprowadź po kilka kropli wywaru z czerwonej kapusty.<br />
Obserwacje i wnioski: wszystkie preparaty po wymieszaniu z wodą tworzą pianę. Uniwersalny<br />
papierek wskaźnikowy w kontakcie z roztworem z probówki a nie zmienił zabarwienia,<br />
a z roztworami z probówek b i c przyjął barwę lekko czerwoną. Wywar z czerwonej kapusty<br />
zmienił zabarwienie na czerwone. Wynik doświadczenia wskazuje, że w skład preparatów<br />
czyszczących wchodzą środki powierzchniowo czynne i że ich roztwory wykazują odczyn słabo<br />
kwasowy (pH od 5 do 6). Obserwacja ta pozwala przypuszczać, że bezpośredni kontakt<br />
skóry z tymi preparatami nie powoduje jej wysuszenia.<br />
Środki do usuwania kamienia<br />
Oprócz preparatów czyszczących o odczynie bliskim obojętnego w gospodarstwach domowych<br />
są stosowane też takie, które mają odczyn silnie kwasowy.<br />
Przekonaj się, czy do tej grupy należy środek do usuwania kamienia.<br />
23.3. BADANIE WŁAŚCIWOŚCI ŚRODKÓW<br />
DO USUWANIA KAMIENIA<br />
• Do probówki wlej 3– 4 cm 3 preparatu do usuwania kamienia i dodaj<br />
do niej szczyptę węglanu wapnia, czyli substancji stanowiącej główny<br />
składnik kamienia tworzącego się na armaturze sanitarnej.<br />
• Zawartość probówki mieszaj bagietką i uważnie obserwuj zachodzące<br />
reakcje.<br />
Obserwacje i wnioski: węglan wapnia roztwarza się w użytym środku, czemu towarzyszy<br />
wydzielanie pęcherzyków gazu i pienienie się zawartości probówki. W skład badanego środka<br />
czyszczącego wchodzą więc kwasy. Zachodzącą reakcję można zilustrować równaniem:<br />
CaCO 3 + 2 H + Ű Ca 2+ + CO 2<br />
+ H 2 O<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 23
O środkach do mycia i czyszczenia<br />
191<br />
Większość środków czystości stosowanych w domu to substancje nieobojętne dla zdrowia<br />
użytkownika. Należy z nimi pracować ostrożnie, koniecznie w rękawiczkach ochronnych.<br />
Środki do mycia szkła<br />
Do ręcznego mycia naczyń stosuje się łagodne środki czyszczące, nieuszkadzające skóry dłoni.<br />
Najważniejszymi składnikami płynów do mycia naczyń są detergenty, enzymy, substancje<br />
regulujące twardość wody oraz niewielkie ilości barwników i substancji zapachowych. Skład<br />
chemiczny tych preparatów powinien zapewniać ich neutralność dla środowiska oraz szybką<br />
biodegradację. Użycie takich środków w zmywarkach skutkowałoby trudnościami ze spłukiwaniem<br />
piany z mytych powierzchni, dlatego w urządzeniach tych są stosowane specjalne<br />
detergenty niepianotwórcze, zawierające sole amonowe.<br />
Środki do czyszczenia metali i stopów<br />
Środki przeznaczone do czyszczenia wyrobów z metali i ich stopów, np. mosiądzu, usuwają<br />
produkty utleniania metali, przez co przywracają połysk przedmiotom. Czyszczenie przeprowadza<br />
się na drodze chemicznej i fizycznej (za pomocą środków ściernych i detergentów).<br />
Przygotuj pastę do czyszczenia srebra i zbadaj jej właściwości.<br />
23.4. SPORZĄDZANIE PREPARATU<br />
DO CZYSZCZENIA SREBER<br />
• W moździerzu rozdrobnij kredę szkolną.<br />
• Zmieszaj rozdrobnioną kredę z denaturatem,<br />
15 kroplami płynu do mycia naczyń i niewielką ilością<br />
wody amoniakalnej. Mieszanina powinna mieć<br />
konsystencję gęstej śmietany.<br />
• Otrzymaną pastę nanieś na ściereczkę i pocieraj nią pociemniałe wyroby ze srebra.<br />
• Opłucz oczyszczone przedmioty w wodzie z detergentem i wypoleruj czystą szmatką.<br />
Obserwacje i wnioski: czarny nalot pokrywający srebrne przedmioty znika podczas pocierania<br />
ich przygotowaną mieszaniną.<br />
Środki do udrożniania rur<br />
Środki do udrożniania rur to preparaty przeznaczone do samoczynnego czyszczenia instalacji<br />
sanitarnej. Udrożnianie chemiczne jest szybką i łatwą formą utrzymywania czystości,<br />
zwłaszcza w instalacjach, w których występują blokady z tłuszczów i odpadów kuchennych.<br />
Środki do udrożniania rur produkuje się w postaci płynów, żeli i granulatów. Ich podstawowym<br />
składnikiem jest żrący wodorotlenek sodu lub wodorotlenek potasu. <strong>Po</strong>dczas kontaktu<br />
tej substancji z brudem zatykającym rurę tłuszcze wchodzące w jego skład ulegają zmydleniu<br />
i tworzą rozpuszczalne w wodzie mydła i glicerynę. Mechanizm działania tych preparatów<br />
przypomina więc sposób otrzymywania mydła.<br />
Środkami tymi należy posługiwać się ze szczególną ostrożnością ze względu na ich skład.
192 <strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
Wybielacze chemiczne<br />
Wybielacze to substancje niszczące barwne plamy. <strong>Po</strong>czątkowo stosowano w tym celu wyłącznie<br />
związki chemiczne chloru, które jednak niszczyły barwniki tkanin. Większość współczesnych<br />
wybielaczy nie zawiera chloru, dlatego pozwala usuwać plamy także z kolorowych tkanin<br />
bez ryzyka ich odbarwienia. Składnikami wybielaczy są substancje, które łatwo się<br />
rozkładają z wydzieleniem działającego wybielająco tlenu atomowego.<br />
ZASADY BEZPIECZNEGO STOSOWANIA ŚRODKÓW CZYSZCZĄCYCH<br />
Wiele środków czyszczących przy niewłaściwym stosowaniu może być przyczyną groźnych<br />
poparzeń, a nawet zatrucia, dlatego zawsze przed ich użyciem należy uważnie przeczytać informacje<br />
zamieszczone na opakowaniach oraz przyjrzeć się piktogramom ostrzegawczym.<br />
<strong>Po</strong>d żadnym pozorem nie należy mieszać środków czyszczących, gdyż może to wywołać niepożądane<br />
reakcje, np. połączenie preparatu do czyszczenia sanitariatów z wybielaczem powoduje<br />
wydzielenie trującego chloru.<br />
Bezpieczne posługiwanie się środkami czyszczącymi<br />
wymaga dbałości nie tylko o własne<br />
zdrowie, ale także o stan środowiska. Dlatego<br />
należy ograniczać użycie preparatów, w których<br />
skład wchodzą detergenty trudno degradowalne<br />
oraz zawierające dużo fosforanów(V).<br />
Związki fosforu przedostające się z nieoczyszczonymi<br />
ściekami do wód powierzchniowych<br />
wywołują eutrofizację (ryc. 23.1). Masowy rozwój<br />
glonów uniemożliwia docieranie światła<br />
do głębszych warstw jezior, wskutek czego organizmy<br />
wodne obumierają i ulegają rozkładowi.<br />
<strong>Po</strong>woduje to zużycie rozpuszczonego<br />
w wodzie tlenu i śnięcie ryb.<br />
Ryc. 23.1. Zakwit – masowy rozwój glonów<br />
TO CIEKAWE!<br />
Marynarska czystość<br />
Pierwszy proszek czyszczący wyprodukowano w 1886 roku<br />
i sprzedawano pod nazwą Bon Ami. Uzyskano go po dodaniu<br />
do mydła sproszkowanego talku, kredy, pumeksu i piasku.<br />
W latach trzydziestych ubiegłego wieku pojawił się uniwersalny<br />
detergent do czyszczenia, Spic and Span („nowiutki jak<br />
spod igły”). Nazwa, zaczerpnięta z języka XVI-wiecznych<br />
żeglarzy holenderskich, oznaczała „czyszczenie do połysku,<br />
odnawianie”. Również nazwa pierwszego amerykańskiego<br />
detergentu do prania, Tide („przypływ”), nawiązuje do<br />
słownictwa marynistycznego. Tide pojawił się na rynku w roku<br />
1946, co zbiegło się z upowszechnieniem pralek<br />
automatycznych.<br />
tara<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 23
O środkach do mycia i czyszczenia<br />
193<br />
<strong>Po</strong>dsumowanie i sprawdzenie<br />
ZAPAMIĘTAJ<br />
• Detergenty są składnikami prawie wszystkich preparatów czyszczących i piorących.<br />
• Detergenty, podobnie jak mydła, zbudowane są z fragmentu niepolarnego i polarnego.<br />
• Detergenty w odróżnieniu od mydeł nie tworzą z jonami twardej wody osadów; dobrze<br />
zwilżają powierzchnię różnych materiałów; są skuteczne nawet w niskiej temperaturze.<br />
• Niektóre środki czyszczące niewłaściwie stosowane mogą być źródłem poparzeń i zatruć.<br />
• Detergenty mogą powodować zanieczyszczenie środowiska. Z tego powodu korzystniejsze<br />
jest stosowanie tzw. detergentów biodegradowalnych.<br />
PO TEJ LEKCJI POTRAFISZ<br />
• opisać rolę detergentów jako składników preparatów do mycia, prania i czyszczenia<br />
(m.in. szkła, metali i biżuterii);<br />
• wskazać fragmenty hydrofobowe i hydrofilowe we wzorach detergentów;<br />
• wyjaśnić, na czym polega usuwanie brudu za pomocą detergentów;<br />
• stosować dostępne na rynku środki czyszczące z uwzględnieniem zasad bezpieczeństwa;<br />
• wyjaśnić działanie środka do udrożniania rur;<br />
• wytłumaczyć przyczynę eliminowania fosforanów(V) z proszków do prania (eutrofizacja).<br />
ROZWIĄŻ ZADANIA<br />
1. Wzór obok przedstawia jon detergentu będącego<br />
składnikiem preparatów do mycia przetłuszczającej<br />
się skóry. Przerysuj go do zeszytu i zaznacz na nim<br />
H 3 C(H 2 C) n<br />
–<br />
SO 3<br />
fragmenty: polarny i niepolarny, odpowiadające za jego aktywność powierzchniową.<br />
2. Wykonaj polecenia.<br />
a. Wyszukaj w dostępnych źródłach informacji, np. w zasobach internetu, dane na<br />
temat pochodzenia środków czystości w wodach rzek i jezior.<br />
b. Zbierz wiadomości dotyczące tego, w jaki sposób można zastąpić detergenty<br />
nieulegające degradacji środkami bardziej przyjaznymi dla środowiska (zielone<br />
środki czystości).<br />
c. Zaprojektuj ulotkę informacyjną dotyczącą bezpiecznego dla środowiska wykorzystania<br />
środków powierzchniowo czynnych.<br />
ZBADAJ I OPISZ SAMODZIELNIE<br />
1. Oczyść poczerniałe srebrne przedmioty, np. biżuterię, metodą chemiczną.<br />
Do plastikowej miski wsyp 1/3 szklanki soli kuchennej i jedno opakowanie sody<br />
oczyszczonej, a potem dodawaj gorącej wody aż do rozpuszczenia składników.<br />
Następnie na dnie miski umieść folię aluminiową i ułóż na niej poczerniały przedmiot.<br />
<strong>Po</strong> kilkunastu minutach wyjmij go z kąpieli, opłucz czystą wodą i wysusz.<br />
2. Korzystając z techniki małej skali, zbadaj, jak detergent wpływa na mieszanie się<br />
oleju z wodą.
194<br />
24 O zawartych<br />
substancjach<br />
w kosmetykach<br />
• Rodzaje i funkcje kosmetyków<br />
• Kosmetyki zapachowe, czyszczące, pielęgnujące i upiększające<br />
• Emulsje<br />
• Konserwanty w kosmetykach<br />
Ludzie od zawsze korzystali z rozmaitych specyfików do upiększania się i zmieniania swojego<br />
wyglądu. Obecnie mamy do dyspozycji ogromną liczbę najróżniejszych kosmetyków, a do<br />
ich używania zachęcają nas wszechobecne reklamy.<br />
RODZAJE I FUNKCJE KOSMETYKÓW<br />
Kosmetyki to substancje lub ich mieszaniny stosowane w celu utrzymywania ciała w czystości,<br />
pielęgnowania go, ochrony, perfumowania albo upiększania.<br />
Każdy kosmetyk zawiera substancje dobrane odpowiednio do jego przeznaczenia. Są to:<br />
• substancje odpowiedzialne za działanie kosmetyku (nawilżające, natłuszczające, antybakteryjne,<br />
wybielające, złuszczające i polerujące, barwiące, chroniące skórę przed szkodliwym<br />
działaniem promieniowania słonecznego),<br />
• rozpuszczalniki składników kosmetyku (woda, alkohol, tłuszcze),<br />
• substancje zapewniające trwałość kosmetyku (konserwanty i przeciwutleniacze) i jego postać<br />
(emulgatory).<br />
zapachowe<br />
• perfumy<br />
• dezodoranty<br />
• antyperspiranty<br />
KOSMETYKI<br />
W zależności od przeznaczenia i składu kosmetyki dzieli się na:<br />
czyszczące<br />
• pasty do zębów<br />
• szampony do włosów<br />
• żele kosmetyczne<br />
• peelingi do skóry<br />
pielęgnujące<br />
• kremy, żele<br />
• balsamy<br />
• mleczka i śmietanki<br />
• olejki, pianki i toniki<br />
upiększające<br />
• szminki<br />
• tusze do rzęs<br />
• cienie do powiek<br />
• farby do włosów<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 24
O substancjach zawartych w kosmetykach<br />
195<br />
KOSMETYKI ZAPACHOWE<br />
Perfumy<br />
Perfumy składają się z mieszaniny związków zapachowych (naturalnych<br />
bądź syntetycznych) oraz rozpuszczalnika (przeważnie etanolu).<br />
W zależności od ilości substancji zapachowych rozróżnia się perfumy,<br />
wody perfumowane i wody toaletowe. <strong>Po</strong> wylaniu ich na skórę lub<br />
wtarciu w nią alkohol szybko paruje pod wpływem ciepła ciała, a na<br />
jej powierzchni zostają substancje zapachowe i środki wzmacniające,<br />
które są uwalniane powoli, dając przyjemny zapach.<br />
Dobre perfumy mogą zawierać setki składników. Najbardziej lotne<br />
substancje zapachowe (parujące najszybciej) są nazywane frakcją<br />
górną. Jest ona odpowiedzialna za zapach w momencie nakładania<br />
perfum. Frakcja środkowa powoduje utrzymywanie się zapachu, gdy<br />
większość górnej frakcji wyparuje. Frakcja końcowa ma małą lotność. Wiele perfum kwiatowych<br />
i owocowych ma mdlący zapach, nawet w rozcieńczonych roztworach. W celu uniknięcia<br />
tego efektu do perfum są dodawane substancje, które w dużym stężeniu mają odrażający<br />
zapach (np. piżmo), lecz rozcieńczone zapewniają przyjemny aromat.<br />
Przygotuj jeden z syntetycznych związków zapachowych perfum – ester.<br />
24.1. OTRZYMYWANIE<br />
OCTANU ETYLU<br />
• Do probówki wlej po 2 cm 3 kwasu octowego<br />
i alkoholu etylowego oraz dodaj 2–3 krople<br />
stężonego kwasu siarkowego(VI).<br />
• Probówkę umieść w zlewce z wrzącą wodą (a).<br />
• <strong>Po</strong> kilku minutach ogrzewania w łaźni wodnej<br />
zawartość probówki przelej do zlewki z zimną<br />
wodą (b). Zbadaj zapach powstałego produktu<br />
i zwróć uwagę na jego zachowanie w wodzie.<br />
a<br />
b<br />
Obserwacje i wnioski: w probówce utworzyła się bezbarwna ciecz o przyjemnym zapachu.<br />
Pływa ona po powierzchni wody w zlewce. Produkt reakcji kwasu karboksylowego z alkoholem<br />
to ester – octan etylu:<br />
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH Ű CH 3 COOC 2 H 5 + H 2 O<br />
octan etylu<br />
Wytworzony ester, a także inne substancje zapachowe, które nie zawsze są estrami, to składniki<br />
prawie wszystkich kosmetyków o przyciągających zapachach.<br />
Ekstrakcja to jedna z najważniejszych technik wyodrębniania substancji zapachowych z naturalnych<br />
materiałów, np. kwiatów, z użyciem lotnych rozpuszczalników, np. alkoholu etylowego.<br />
<strong>Po</strong> wypłukaniu przez alkohol wonnych substancji odparowuje się rozpuszczalnik<br />
i uzyskuje na wpół stałą masę, nazywaną absolutem.
196<br />
<strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
<strong>Po</strong>stępując w ten sposób, przygotuj własną wodę kwiatową.<br />
24.2. OTRZYMYWANIE WODY KWIATOWEJ<br />
• Silnie pachnące kwiaty wrzuć do kolby, a następnie zalej<br />
alkoholem etylowym i kilkakrotnie wstrząśnij.<br />
• Kolbę zamknij korkiem i pozostaw na kilka dni.<br />
Obserwacje i wnioski: otrzymana woda kwiatowa ma przyjemny, kwiatowy zapach. Można<br />
przypuszczać, że intensywność tego zapachu będzie zależeć od rodzaju i ilości wziętych do<br />
doświadczenia kwiatów oraz użytego alkoholu.<br />
Inny sposób otrzymywania olejków zapachowych polega na wykorzystaniu pary wodnej, która<br />
porywa lotne substancje. <strong>Po</strong> umieszczeniu materiału, np. kwiatów, we wrzącej wodzie, olejek<br />
wyparowuje wraz z wodą. Para wodna i olejek skraplają się w chłodnicy i spływają do odbieralnika.<br />
<strong>Po</strong>nieważ olejek słabo rozpuszcza się w wodzie i ma od niej mniejszą gęstość,<br />
gromadzi się na jej powierzchni. Aby uzyskać tym sposobem kilogram olejku różanego, potrzeba<br />
około sześciu ton róż. W warunkach laboratoryjnych opisany proces można zrealizować<br />
w zestawie pokazanym na rycinie 24.1.<br />
rurka<br />
bezpieczeństwa<br />
wytwornica<br />
pary wodnej<br />
chłodnica<br />
nasadka<br />
odbieralnik<br />
kolba<br />
destylacyjna<br />
Ryc. 24.1. Zestaw do destylacji z parą wodną<br />
Surowcami, z których można otrzymać olejki zapachowe<br />
opisanym sposobem, mogą być np. kwiaty<br />
jaśminu, skórka pomarańczy, ziarna kminku,<br />
kawałki laski wanilii (obok), liście mięty, igły sosny<br />
albo świerka.<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 24
O substancjach zawartych w kosmetykach<br />
197<br />
Ryc. 24.2. Kosmetyki zapachowe mogą negatywnie wpływać na niektóre osoby<br />
Kosmetyki produkowane z lotnych substancji organicznych mogą wpływać na układ oddechowy<br />
i ośrodkowy układ nerwowy (ryc. 24.2). Perfumy są często dużym problemem dla osób<br />
z astmą, alergiami i chemiczną nadwrażliwością. Dlatego produkuje się tzw. kosmetyki hipoalergiczne,<br />
oparte na łagodnych, specjalnie dobranych komponentach.<br />
Dezodoranty i antyperspiranty<br />
Człowiek, kiedy się poci, wydziela bezwonne substancje, stanowiące pożywkę dla bakterii.<br />
Wskutek ich działalności składniki potu przekształcają się w substancje o przykrym zapachu.<br />
Do jego maskowania powszechnie stosuje się dezodoranty.<br />
• Dezodoranty to kompozycje substancji zapachowych. Zawierają one ponadto środki niszczące<br />
bakterie, a także witaminy i substancje łagodzące podrażnienia skóry (np. wyciąg z aloesu).<br />
Obecność naturalnej mikroflory bakteryjnej na powierzchni naskórka zabezpiecza go przed<br />
rozwojem grzybów. Dlatego najnowsze dezodoranty, zamiast substancji bakteriobójczych, zawierają<br />
związki stanowiące pożywkę dla bakterii, „smakującą” im bardziej niż składniki potu.<br />
<strong>Po</strong>żyteczne bakterie pozostają na skórze, a nierozłożony pot nie wydaje przykrej woni.<br />
• Antyperspiranty to środki powstrzymujące pocenie się, dlatego niekiedy zalicza się je do leków.<br />
Substancją aktywną większości antyperspirantów są sole glinu, które zwężają ujścia gruczołów<br />
potowych, redukując w ten sposób ilość wydzielanego potu. Dostępne na rynku preparaty różnią<br />
się stężeniem tych związków i dlatego nie mają takiej samej skuteczności.<br />
KOSMETYKI CZYSZCZĄCE<br />
Pasty do zębów<br />
Pasta do zębów jest jednym z najważniejszych kosmetyków. Głównymi jej składnikami są<br />
detergent i substancja ścierna. Wiele współczesnych past do zębów zawiera fluorek cyny(IV),<br />
składnik pomagający uniknąć próchnicy zębów. Pasty przeznaczone do zapobiegania chorobom<br />
dziąseł mają w składzie ponadto sól kamienną, sodę oraz nadtlenek wodoru. Skład pasty<br />
znajduje się na jej opakowaniu (tab. 24.1).
198<br />
<strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
Tabela 24.1. Składniki typowej pasty do zębów<br />
Wzór Składnik sumaryczny<br />
węglan wapnia<br />
–<br />
detergent, CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 3 Na +<br />
glicerol<br />
guma celulozowa<br />
olejek eteryczny z mięty pieprzowej<br />
woda<br />
Funkcja<br />
substancja ścierna<br />
środek powierzchniowo czynny<br />
słodzik<br />
zagęszczacz<br />
substancja zapachowa i smakowa<br />
rozpuszczalnik<br />
Szampony<br />
Szampony to ciekłe produkty kosmetyczne,<br />
które nakłada się na wilgotne włosy i doprowadza<br />
do spienienia przez delikatny masaż<br />
skóry głowy. Środki te pozwalają na utrzymanie<br />
czystości włosów, pomagają poprawić<br />
ich wygląd, a nawet strukturę (ryc. 24.3).<br />
Znane są rozmaite szampony: do włosów ze<br />
skłonnością do łupieżu, wypadających,<br />
zniszczonych, farbowanych, cienkich i delikatnych,<br />
szampony dodające blasku, do częstego<br />
mycia, tzw. dwa w jednym (czyli szampon<br />
z odżywką).<br />
Ryc. 24.3. Szampony zachowują swoje właściwości myjące<br />
nawet w zimnej wodzie<br />
Składniki szamponów:<br />
• środki odpowiedzialne za działanie myjące i pianotwórcze (mydła sodowe i amonowe oraz<br />
detergenty – 30% masy szamponu);<br />
• stabilizatory piany;<br />
• substancje zagęszczające, barwniki, konserwanty, substancje zapachowe, witaminy, zioła.<br />
KOSMETYKI PIELĘGNUJĄCE<br />
Kremy, mleczka i śmietanki kosmetyczne – emulsje<br />
Emulsje kosmetyczne otrzymuje się podobnie jak emulsje spożywcze, np. majonez (lekcja 12).<br />
Kosmetyki z tej grupy to emulsje oleju w wodzie (O/W) albo wody w oleju (W/O). Określenie<br />
„olej” oznacza fazę nierozpuszczalną w wodzie, może to być np. mieszanina niższych węglowodorów<br />
lub silikonów, które nie mają nic wspólnego z powszechnym pojęciem oleju.<br />
Emulsje O/W rozpuszczają się w wodzie, a emulsje W/O nie rozpuszczają się w niej.<br />
Dzieli się je na:<br />
• emulsje o małej lepkości (m.in. mleczka i śmietanki),<br />
• emulsje o średniej lepkości (m.in. balsamy i lekkie kremy nawilżające),<br />
• emulsje o dużej lepkości (tłuste kremy).<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 24
O substancjach zawartych w kosmetykach<br />
199<br />
Emulsje zawierają dwie niemieszające się ze sobą ciecze oraz stabilizator, nazywany emulgatorem.<br />
Jest on niezbędny do utrzymania trwałej emulsji.<br />
Emulgatory to syntetyczne albo naturalne środki powierzchniowo czynne rozpuszczalne jednocześnie<br />
w wodzie i oleju. Adsorbują się między nimi w taki sposób, że fragmenty polarne<br />
znajdują się w wodzie, a niepolarne pozostają w oleju. Dzięki temu emulgatory są „łącznikiem”<br />
między olejem i wodą.<br />
Emulgatory są wyodrębniane z oleju kokosowego albo pestek palmowych. Syntetyczne emulgatory<br />
to detergenty.<br />
Typowymi składnikami kremów są:<br />
• oleje mineralne i wazelina, czyli mieszaniny alkanów<br />
otrzymywanych z ropy naftowej;<br />
• tłuszcze zwierzęce (z wełny owczej – lanolina) i oleje<br />
roślinne (oliwa) oraz wosk pszczeli;<br />
Krem tłusty:<br />
• glicerol (gliceryna);<br />
wosk pszczeli, olej parafinowy,<br />
• substancje zapachowe;<br />
oliwa, boraks, woda, zapach,<br />
• woda i emulgatory stabilizujące emulsję.<br />
konserwant<br />
Niektóre kremy zawierają ponadto:<br />
• ceramidy (cząsteczki tłuszczowe, które poprawiają sprężystość naskórka);<br />
• hydroksykwasy (kwasy mlekowy, jabłkowy, cytrynowy), które sprawiają, że zewnętrzna warstwa<br />
naskórka się złuszcza;<br />
• witaminę C, która pobudza powstawanie włókien kolagenowych, poprawia krążenie krwi<br />
w skórze i przyspiesza odnowę komórek;<br />
• witaminę A (retinol), która przyspiesza odnowę komórkową;<br />
• algi zawierające mikroelementy, witaminy, białka, aminokwasy i tłuszcze.<br />
Mleczka do opalania<br />
Mleczka używane do opalania zawierają substancję organiczną, która działa jak filtr nieprzepuszczający<br />
do skóry szkodliwego promieniowania ultrafioletowego. Jej stężenie w mleczku<br />
wpływa na skuteczność ochrony skóry. Przy wartości 50 można pozostawać na słońcu 50 razy<br />
dłużej niż bez użycia emulsji.<br />
KOSMETYKI UPIĘKSZAJĄCE<br />
• Szminki, podobnie jak kremy, zawierają oleje (przeważnie rycynowy) i woski (m.in. pszczeli).<br />
Barwniki nadają im odpowiedni kolor, substancje zapachowe maskują zapach oleju, a antyoksydanty<br />
spowalniają jełczenie tłuszczów. Szminki zawierają też witaminy oraz składniki odżywcze,<br />
które nadają ustom trwały kolor oraz chronią je i pielęgnują. Nowoczesne produkty tego<br />
typu zawierają filtry słoneczne.<br />
• Tusze do rzęs są wytwarzane na bazie mydła, olejów, tłuszczów i wosków. Brązową barwę<br />
zawdzięczają tlenkowi żelaza(III), czarną – węglowi, zieloną – tlenkowi chromu(III), a niebieską<br />
– ultramarynie. Kredki do oczu mają taki sam skład.<br />
• Cienie do oczu produkuje się z wazeliny, tłuszczów, olejów i wosków. Do nadania barwy używa<br />
się pigmentów, tlenku cynku lub tlenku tytanu(IV). Są to jedne z najtrwalszych kosmetyków.<br />
Ich trwałość wynosi od roku do trzech lat. Kontakt z oczami przeterminowanego kosmetyku<br />
może doprowadzić do zaczerwienienia spojówek, swędzenia powiek, a nawet całych oczu.
200<br />
<strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
KOSMETYKI UPIĘKSZAJĄCE<br />
Głównymi składnikami kosmetyków upiększających są substancje<br />
niepolarne, które nie rozpuszczają się w wodzie.<br />
Tusze do rzęs:<br />
• 40% wosku<br />
• 50% mydła<br />
• 5% lanoliny<br />
• 5% barwników<br />
Cienie do powiek:<br />
• 60% wazeliny<br />
• 10% tłuszczów i wosków<br />
• 6% lanoliny<br />
• barwniki<br />
Szminki:<br />
• 40% oleju<br />
• 20% wosku<br />
• 25% środków<br />
zmiękczających<br />
• barwniki<br />
• Środki do upiększania włosów to przede wszystkim<br />
preparaty wpływające na zmianę ich koloru.<br />
Włosy ludzkie zbudowane są głównie z białka,<br />
tzw. keratyny. Cząsteczki keratyny tworzą włókna,<br />
na których kształt istotny wpływ mają wiązania<br />
wodorowe oraz tzw. mostki dwusiarczkowe.<br />
Jeżeli chcemy zmienić wygląd włosów i np. skręcić<br />
włosy proste lub wyprostować włosy kręcone,<br />
musimy zmodyfikować ich wewnętrzną strukturę.<br />
Na tym właśnie polega tzw. trwała ondulacja.<br />
W wyniku działania na włosy środkiem redukującym<br />
następuje rozerwanie mostków<br />
dwusiarczkowych. <strong>Po</strong>czątkowo sztywna struktura<br />
włókien keratyny staje się giętka, co umożliwia<br />
nadanie włosom pożądanej formy. Z kolei<br />
działanie na włosy wodą utlenioną powoduje<br />
utworzenie mostków dwusiarczkowych w nowych<br />
miejscach (ryc. 24.4).<br />
Kolor włosów zależy od zawartych w nich pigmentów,<br />
z których najważniejszym jest melatonina.<br />
Kosmetyki do trwałej zmiany koloru zawierają<br />
barwniki, nadtlenek wodoru (w celu<br />
uaktywnienia barwników) i niekiedy amoniak<br />
(ułatwiający przenikanie składników preparatu<br />
do wnętrza włosa).<br />
Ryc. 24.4. Keratyna we włosach zawiera około sześć<br />
razy więcej mostków siarczkowych niż keratyna<br />
tworząca skórę<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 24
O substancjach zawartych w kosmetykach<br />
201<br />
Niewielkie cząsteczki składników preparatu<br />
łatwo wnikają w głąb włosa, skąd trudno<br />
je usunąć podczas mycia (ryc. 24.5).<br />
W nowoczesnych kosmetykach do trwałej<br />
koloryzacji włosów rezygnuje się z amoniaku,<br />
dzięki czemu mają one przyjemniejszy<br />
zapach. Kosmetyki te mogą zawierać<br />
inne substancje wywołujące reakcje<br />
alergiczne.<br />
KONSERWANTY W KOSMETYKACH<br />
Kosmetyki, podobnie jak żywność, to dobre<br />
pożywki dla drobnoustrojów obecnych<br />
w otaczającym nas powietrzu i na naszym<br />
ciele. <strong>Po</strong> otwarciu opakowania możliwe<br />
jest zainfekowanie kosmetyku. Mnożące<br />
się wtedy bakterie zmieniają konsystencję<br />
produktu, jego zapach i właściwości. Z tego<br />
powodu do kosmetyków dodaje się specjalne<br />
konserwanty, np. parabeny.<br />
Ryc. 24.5. Aby przywrócić włosom ich naturalny kolor,<br />
należy poczekać, aż odrosną<br />
Czas przydatności kosmetyku do użytku zależy nie tylko od jego składu, ale również od sposobu<br />
przechowywania. Wszystkie preparaty należy chronić przed działaniem słońca i ciepła.<br />
Dobrze jest po otwarciu opakowania trzymać je zamknięte w chłodnym, suchym i ciemnym<br />
miejscu. Należy zrezygnować ze stosowania preparatów, jeżeli zmienił się ich zapach, kolor<br />
lub na ich powierzchni pojawił się nalot.<br />
TO CIEKAWE!<br />
Arabski destylator<br />
Destylacja była procesem stosowanym<br />
powszechnie już w starożytnej alchemii.<br />
Urządzenia, których wówczas używano,<br />
składały się z metalowej lub szklanej retorty<br />
i nie miały oddzielnej chłodnicy.<br />
Na przełomie III i IV wieku n.e. alchemicy<br />
stosowali różne rodzaje tzw. alembików,<br />
czyli specjalnych naczyń z ruchomą szyją,<br />
na którą nakładano pokrywę w kształcie<br />
czapki, stanowiącą chłodnicę (ryc. obok).<br />
Sztukę destylacji udoskonalili Arabowie,<br />
którzy jako pierwsi skonstruowali destylator<br />
do produkcji perfum i alkoholu.
202 <strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
<strong>Po</strong>dsumowanie i sprawdzenie<br />
ZAPAMIĘTAJ<br />
• Do nadawania zapachu wyrobom kosmetycznym używa się naturalnych środków zapachowych<br />
lub zapachów syntetycznych pochodzących m.in. od estrów.<br />
• Substancje zapachowe (olejki eteryczne) wyodrębnia się z naturalnych źródeł m.in. za<br />
pomocą ekstrakcji z użyciem alkoholu i destylacji z parą wodną.<br />
• Perfumy to alkoholowe roztwory syntetycznych i naturalnych substancji zapachowych.<br />
• Dezodoranty są produktami przeznaczonymi do maskowania zapachu, który powstaje<br />
w wyniku działania bakterii rozkładających pot. Antyperspiranty ograniczają pocenie się.<br />
• Pasta do zębów zawiera detergenty i substancje ścierne.<br />
• Detergenty są aktywnymi składnikami szamponów.<br />
• Emulsje zawierają dwie niemieszające się ze sobą ciecze oraz stabilizator – emulgator.<br />
• Włosy koloryzuje się, używając odpowiednich barwników, utlenianych nadtlenkiem wodoru.<br />
• Konserwanty i przeciwutleniacze wydłużają czas przydatności kosmetyków.<br />
PO TEJ LEKCJI POTRAFISZ<br />
• wymienić najważniejsze rodzaje kosmetyków;<br />
• opisać sposób otrzymywania naturalnych i sztucznych substancji zapachowych;<br />
• na podstawie etykiet przeanalizować skład kosmetyków;<br />
• wyszukać w dostępnych źródłach informacji dane na temat działania kosmetyków;<br />
• opisać sposób tworzenia się emulsji i podać przykład emulsji kosmetycznej stosowanej<br />
w życiu codziennym.<br />
ROZWIĄŻ ZADANIA<br />
1. Opisz przeznaczenie spotykanych w handlu szamponów, odczytaj podany na<br />
opakowaniu skład jednego z nich i spróbuj zidentyfikować detergent wśród wymienionych<br />
tam substancji.<br />
2. Emulsje zawierają dwie niemieszające się ze sobą ciecze oraz stabilizator nazywany<br />
emulgatorem. Emulgatory oznacza się w handlu kodami składającymi się z litery E<br />
i liczby. Korzystając np. z internetu, podaj kody oraz nazwy kilku emulgatorów.<br />
ZBADAJ I OPISZ SAMODZIELNIE<br />
1. Udowodnij, że w saszetce wchodzącej w skład zestawu do koloryzacji włosów<br />
znajduje się żel zawierający nadtlenek wodoru. W tym celu zawartość saszetki rozcieńcz<br />
niewielką ilością wody w czystym słoiku. Następnie do uzyskanej mieszaniny<br />
wrzuć kilka kawałków surowego ziemniaka. Obserwuj przebieg zachodzących reakcji<br />
i zidentyfikuj przy użyciu tlącego się patyczka wydzielający się gaz. Określ rolę, jaką<br />
w wykonanym doświadczeniu odgrywały substancje zawarte w ziemniaku.<br />
2. Korzystając z techniki małej skali, otrzymaj krem i zbadaj jego właściwości.<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 24
203<br />
25<br />
Przegląd wiadomości<br />
<strong>Chemia</strong> środków<br />
czystości<br />
• <strong>Po</strong>równanie mydeł i detergentów<br />
• Związki chemiczne w kosmetykach<br />
MYDŁA<br />
• np. stearynian sodu i palmitynian sodu<br />
C 17 H 35 COONa Ű H 2 O C 17 H 35 COO – + Na +<br />
stearynian sodu<br />
DETERGENTY<br />
• np. laurylosiarczan(VI) sodu<br />
CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 2 ONa Ű H 2 O CH 3 (CH 2 ) 11 OSO 2 O – + Na +<br />
laurylosiarczan(VI) sodu<br />
• Jony mydeł i detergentów mają podobną budowę, składają się z części polarnej i niepolarnej<br />
Budowa<br />
Ů<br />
C O ú O – Na +<br />
O<br />
ő<br />
OÔSÔO – Na +<br />
ő<br />
O<br />
fragment niepolarny<br />
fragment polarny<br />
fragment niepolarny<br />
fragment polarny<br />
hydrofobowy<br />
unika kontaktu z wodą,<br />
„lubi” tłuszcz<br />
hydrofilowy<br />
„lubi” wodę, unika<br />
kontaktu<br />
z tłuszczem<br />
hydrofobowy<br />
unika kontaktu z wodą,<br />
„lubi” tłuszcz<br />
hydrofilowy<br />
„lubi” wodę, unika<br />
kontaktu<br />
z tłuszczem<br />
Usuwanie brudu<br />
brud<br />
jony mydeł i detergentów skupiają się na powierzchni wody<br />
i zmniejszają jej napięcie powierzchniowe, co sprzyja<br />
wnikaniu wody w pory mytego przedmiotu lub pranej tkaniny<br />
jony otaczają grudki brudu – zwracają się częścią niepolarną<br />
(hydrofobową) w jego stronę, a częścią polarną<br />
(hydrofilową) w stronę wody
204<br />
<strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
MYDŁA<br />
DETERGENTY<br />
Zachowanie się w twardej wodzie<br />
Zastosowanie<br />
• W twardej wodzie tworzą nierozpuszczalne<br />
sole wapnia i magnezu:<br />
2 C 15 H 31 COONa + CaCl 2 Ű<br />
palmitynian sodu chlorek<br />
mydło sodowe wapnia<br />
Ű (C 15 H 31 COO) 2 Ca + 2 NaCl<br />
palmitynian wapnia chlorek<br />
mydło wapniowe sodu<br />
• Pienią się:<br />
• najobficiej w wodzie destylowanej<br />
• słabiej w wodzie wodociągowej<br />
• Nie pienią się w wodzie twardej, ale strącają<br />
kłaczkowaty osad<br />
• mydła toaletowe<br />
• mydła w płynie<br />
• mydła przemysłowe<br />
• mydła lecznicze do sporządzania maści<br />
• płyny do dezynfekcji rąk przed zastrzykami<br />
• W twardej wodzie nie strącają osadów<br />
soli wapnia i magnezu, bo nie reagują z jonami<br />
wapnia i magnezu<br />
• Pienią się równie obficie:<br />
• w wodzie destylowanej<br />
• w wodzie wodociągowej<br />
• w wodzie twardej<br />
• proszki do prania<br />
• szampony samochodowe<br />
• środki do mycia i dezynfekcji<br />
• środki do mycia urządzeń sanitarnych i glazury<br />
• płyny do mycia naczyń i wyrobów ze szkła<br />
• pasty do czyszczenia metali i pielęgnacji skór<br />
ZWIĄZKI CHEMICZNE W KOSMETYKACH<br />
Nazwa<br />
Działanie<br />
Kwasy organiczne<br />
kwasy owocowe, czyli tzw. hydroksykwasy,<br />
określane skrótem AHA; w ich cząsteczkach<br />
występują dwie grupy funkcyjne: –OH i –COOH<br />
• kwas mlekowy • kwas cytrynowy<br />
• kwas jabłkowy • kwas winowy<br />
kwas salicylowy<br />
kwas askorbinowy – witamina C<br />
organizm nie potrafi syntetyzować witaminy C, musi<br />
być więc ona dostarczana wraz z pożywieniem lub<br />
zewnętrznie na skórę<br />
• Działają złuszczająco i nawilżająco<br />
na wierzchnią warstwę naskórka<br />
• <strong>Po</strong>prawiają elastyczność i barwę skóry<br />
• Likwidują przebarwienia i płytkie zmarszczki<br />
• Złuszcza naskórek<br />
• Działa bakteriostatycznie i grzybobójczo<br />
• Neutralizuje wolne rodniki i zabezpiecza skórę<br />
przed przedwczesnym starzeniem<br />
• Przyspiesza proces naturalnego złuszczania<br />
wierzchniej warstwy naskórka, dzięki czemu<br />
działa wybielająco i zmniejsza skłonność<br />
do przebarwień i piegów<br />
DZIAŁ 5 | LEKCJA 25
PRZEGLĄD WIADOMOŚCI CHEMIA ŚRODKÓW CZYSTOŚCI<br />
205<br />
ZWIĄZKI CHEMICZNE W KOSMETYKACH<br />
Nazwa<br />
Działanie<br />
Kwasy organiczne<br />
kwas pantotenowy – witamina B 5<br />
kwasy nukleinowe<br />
• Zapobiega przedwczesnym oznakom starzenia,<br />
siwieniu i wypadaniu włosów<br />
• Zapobiega piegom i przebarwieniom<br />
• Przyspieszają odnowę komórek i usprawniają<br />
ich metabolizm<br />
• Chronią przed szkodliwym działaniem promieni<br />
słonecznych i innych czynników zewnętrznych<br />
Cukry<br />
chityna<br />
cząsteczka chityny ma budowę podobną do<br />
cząsteczki celulozy, z tym że jedna z grup ÔOH<br />
w każdym fragmencie glukozy tworzącej cząsteczkę<br />
celulozy jest zastąpiona grupą ÔNH 2<br />
• Wspomaga gojenie się ran<br />
• Wpływa na regenerację kości<br />
kwas hialuronowy (HA)<br />
• Utrzymuje właściwą wilgotność naskórka i skóry<br />
właściwej<br />
kolagen<br />
• Działa nawilżająco i przeciwzmarszczkowo<br />
(po zastosowaniu tworzy na skórze hydrofilową<br />
warstwę zapobiegającą utracie wody)<br />
• Chroni skórę i włosy przed działaniem<br />
szamponów i mydeł<br />
Białka<br />
elastyna<br />
• Utrzymuje sprężystość oraz poprawia<br />
elastyczność skóry w przypadku zmian<br />
towarzyszących m.in. powstawaniu zmarszczek<br />
keratyna<br />
• Chroni włosy przed uszkodzeniami i działa<br />
wzmacniająco<br />
ZBADAJ I OPISZ SAMODZIELNIE<br />
Korzystając z techniki małej skali, zbadaj właściwości różnych preparatów do mycia<br />
i czyszczenia.<br />
PROPOZYCJE TEMATÓW DO ZREALIZOWANIA METODĄ PROJEKTÓW<br />
Przeprowadźcie z Waszymi koleżankami i kolegami wywiady na temat rodzajów i liczby<br />
stosowanych kosmetyków oraz sposobów, w jakie pozbywają się opakowań po zużytych<br />
produktach.
KREM<br />
alkohol lanolinowy, alantoina,<br />
kwas hialuronowy, gliceryna, woda,<br />
parafina, panthenol, aloes,<br />
woski parafinowe, olej parafinowy<br />
ANTYPERSPIRANT<br />
aluminium chlorohydrate – zamyka ujścia<br />
gruczołów potowych;<br />
cetearyl alcohol – emulgator, wygładza,<br />
nawilża, matuje i zmiękcza skórę;<br />
ceteareth-33 – emulgator emulsji typu O/W,<br />
dimethicone – środek wstrzymujący<br />
powstawanie piany.<br />
SZAMPON<br />
cocamidopropyl betaine – środek powierzchniowo<br />
czynny, substancja aktywnie myjąca;<br />
wyciąg z liścia orzecha włoskiego – zawiera<br />
garbniki, karoteny, witaminę C, ma działanie<br />
barwiące, przeciwbakteryjne i przeciwzapalne;<br />
guar hydroksypropylowy – wzmacnia i uelastycznia<br />
włosy, ułatwia rozczesywanie;<br />
1-methylnicotinamide chloride – substancja<br />
witaminowa, wzmacnia mieszek włosowy.<br />
PASTA DO ZĘBÓW<br />
sorbitol – substancja o słodkim smaku,<br />
poprawia smak pasty do zębów;<br />
sodium lauryl sulfate – środek powierzchniowo<br />
czynny, umożliwia rozprowadzenie<br />
składników pasty;<br />
hydrated silica – środek ścierny, decyduje<br />
o właściwościach czyszczących pasty;<br />
sodium saccharin – substancja słodząca,<br />
poprawia smak pasty;<br />
sodium fluoride – zapobiega próchnicy;<br />
limonen – poprawia smak i zapach pasty.
<strong>Chemia</strong> w łazience<br />
PUDER<br />
W KREMIE<br />
celuloza,<br />
barwniki, woda,<br />
octan etylu<br />
Produkty przeznaczone do pielęgnacji<br />
ciała to mieszaniny bardzo wielu<br />
substancji. Ich lista znajduje się<br />
na każdym opakowaniu.<br />
Znajomość tego składu pozwala<br />
świadomie i bezpiecznie korzystać<br />
ze środków czystości.<br />
SZMINKA<br />
woski, woda,<br />
pigmenty, olej<br />
rycynowy<br />
MYDŁO W PŁYNIE<br />
sodium lauryl sulfate – środek powierzchniowo<br />
czynny i silnie pieniący;<br />
sodium chloride – stabilizator emulsji, reguluje<br />
lepkość mydła, wysusza skórę;<br />
decyl glucoside – detergent biodegradowalny,<br />
dobrze tolerowany przez skórę i błony śluzowe;<br />
glycerin – substancja nawilżająca, przenika<br />
warstwę rogową naskórka;<br />
glyceryl cocoate – emulgator o działaniu<br />
natłuszczającym;<br />
sodium benzoate – środek konserwujący,<br />
pełni funkcję stabilizatora, antyseptyk;<br />
coco glucoside – substancja powierzchniowo<br />
czynna, aktywnie myjąca;<br />
glyceryl oleate – emulgator;<br />
citric acid – regulator pH, zwiększa stabilność<br />
kosmetyku;<br />
olea europaea fruit extract – odżywia skórę<br />
i pozostawia na niej warstwę ochronną.
208<br />
Zadania do działu<br />
<strong>Chemia</strong><br />
środków czystości<br />
MAKSYMALNA LICZBA PUNKTÓW – 10.<br />
Zadanie 1. (2 p.)<br />
Pranie ma na celu usunięcie brudu, który zgromadził się na odzieży w czasie jej użytkowania.<br />
Które stwierdzenia są prawdziwe, a które fałszywe<br />
1. Czysta woda nie usuwa brudu, bo ma małe napięcie powierzchniowe i dlatego dobrze zwilża tłuszcz.<br />
2. Pranie jest prowadzone w wodnym roztworze mydła albo detergentu.<br />
3. Aktywność powierzchniową wykazują związki, których jony lub cząsteczki składają się z części hydrofilowej<br />
(polarnej) i hydrofobowej (niepolarnej).<br />
4. W jonach mydeł częścią hydrofilową są łańcuchy węglowodorowe, a częścią hydrofobową grupy ÔCOO – .<br />
5. Użycie środka piorącego umożliwia wniknięcie wody między włókna tkaniny.<br />
6. Usuwanie brudu polega na tworzeniu na jego powierzchni otoczek ze środka piorącego, wiążących brud z kąpielą<br />
piorącą.<br />
7. Proszki do prania zawierają fosforany(V), które przedostają się ze ściekami do zbiorników wód powierzchniowych<br />
i mogą powodować ich eutrofizację.<br />
Zadanie 2. (1 p.)<br />
Dopasuj twierdzenia podane w kolumnach I i II w taki sposób, aby utworzyć prawdziwe zdania<br />
na temat emulsji. Jeden element z kolumny II zostanie bez pary.<br />
1. Emulsje to ciekłe mieszaniny<br />
2. W jednej cieczy, zwanej fazą ciągłą emulsji,<br />
zawieszone są maleńkie kropelki drugiej cieczy,<br />
I<br />
A. przez wlewanie cienkim strumieniem oleju do wody przy<br />
intensywnym mieszaniu.<br />
B. substancji wzajemnie mieszających się ze sobą, np. octu<br />
i wody.<br />
II<br />
3. Przykładami emulsji są C. czyli substancje zmniejszające napięcie powierzchniowe.<br />
4. Emulsje są stabilizowane przez emulgatory, D. nazywanej fazą rozproszoną.<br />
5. Emulsje otrzymuje się na przykład<br />
E. mleko, majonez i niektóre kosmetyki, np. kremy i mleczka<br />
kosmetyczne.<br />
F. dwóch niemieszających się ze sobą cieczy.<br />
DZIAŁ 5 | ZADANIA
<strong>Chemia</strong> środków czystości<br />
209<br />
Zadanie 3. (2 p.)<br />
W celu porównania właściwości mydeł i detergentów przeprowadzono doświadczenie, którego<br />
przebieg zilustrowano poniższym schematem.<br />
woda<br />
destylowana<br />
MgSO 4(aq)<br />
woda<br />
twarda<br />
I II III<br />
mydło toaletowe<br />
woda<br />
destylowana<br />
MgSO 4(aq)<br />
woda<br />
twarda<br />
IV V VI<br />
płyn do mycia naczyń<br />
Uzupełnij opis przeprowadzonego doświadczenia, dobierając brakujące informacje spośród<br />
niżej podanych.<br />
• I • II • III • IV • V • VI • wrażliwymi • niewrażliwymi • wykazują • nie wykazują<br />
Spostrzeżenia: <strong>Po</strong> zamknięciu probówek korkami i wstrząśnięciu ich zawartości intensywna<br />
piana pojawiła się w probówkach oznaczonych numerami .<br />
Biały, kłaczkowaty osad strącił się w probówkach .<br />
Wnioski: Mydła są środkami powierzchniowo czynnymi<br />
na działanie<br />
twardej wody. Detergenty<br />
właściwości środków powierzchniowo<br />
czynnych w wodzie twardej. Z tego powodu mydła w środkach piorących są zastępowane<br />
detergentami.
210<br />
<strong>Chemia</strong> Środków czystoŚci<br />
Zadanie 4. (2 p.)<br />
W celu wytworzenia mydła ogrzewano tłuszcz ze stężonym roztworem wodorotlenku sodu.<br />
Stwierdzono, że w uzyskanym mydle na dwa jony stearynianowe C 17 H 35 COO – przypadał jeden<br />
jon palmitynianowy C 15 H 31 COO – . Wskaż wzór tłuszczu poddanego zmydlaniu. Napisz<br />
równanie reakcji, która zachodziła podczas opisanej przemiany.<br />
A<br />
CH 2 ÔOÔC Ů O<br />
úC 17 H 35<br />
CH OÔC Ů O<br />
úC 15 H 31<br />
CH 2 ÔOÔC Ů O úC 17 H 35<br />
B<br />
CH 2 ÔOÔC Ů O<br />
úC 17 H 35<br />
CH OÔC Ů O<br />
úC 17 H 35<br />
CH 2 ÔOÔC Ů O úC 17 H 35<br />
C<br />
CH 2 ÔOÔC Ů O<br />
úC 15 H 31<br />
CH OÔC Ů O<br />
úC 15 H 31<br />
CH 2 ÔOÔC Ů O úC 17 H 35<br />
D<br />
CH 2 ÔOÔC Ů O<br />
úC 15 H 31<br />
CH OÔC Ů O<br />
úC 15 H 31<br />
CH 2 ÔOÔC Ů O úC 15 H 31<br />
Zadanie 5. (3 p.)<br />
Z punktu widzenia ochrony środowiska detergenty dzieli się na łatwo i trudno degradowalne.<br />
<strong>Po</strong>niższe wzory przedstawiają budowę detergentów obu rodzajów.<br />
Detergenty łatwo degradowalne<br />
Detergenty trudno degradowalne<br />
R<br />
– 1<br />
–<br />
RÔOÔSO 3 Na + ú<br />
R SO<br />
–<br />
CHÔOÔSO 3 Na +<br />
3 Na +<br />
1<br />
R ů<br />
2<br />
–<br />
RÔCH 2 ÔSO 3 Na + ú<br />
–<br />
CHÔSO 3 Na +<br />
ů<br />
R 1<br />
R 2<br />
gdzie: –R, –R 1 , –R 2 to grupy węglowodorowe.<br />
Liczba atomów węgla w grupie –R jest równa<br />
sumie liczb atomów węgla w grupach –R 1 oraz –R 2<br />
i wynosi od 12 do 18<br />
R 2<br />
gdzie: –R 1 , –R 2 oznaczają grupy węglowodorowe zawierające<br />
od 3 do 6 atomów węgla<br />
R 3<br />
SO 3<br />
–<br />
Na +<br />
gdzie –R 3 oznacza grupę węglowodorową zawierającą<br />
od 8 do 12 atomów węgla<br />
Zapisz w zeszycie schemat ilustrujący zachowanie detergentu o podanym wzorze po rozpuszczeniu<br />
w wodzie, a następnie uzupełnij go.<br />
C 6 H 13 ú – CHÔOÔSO3 Na + Ű H 2 O + Na +<br />
C<br />
ů<br />
11 H 23<br />
Napisz, do jakiej grupy (łatwo czy trudno degradowalnych) należy detergent, którego wzór<br />
podano w schemacie. We wzorze anionu tego detergentu zaznacz i podpisz fragment polarny<br />
oraz fragment niepolarny.<br />
DZIAŁ 5 | ZADANIA