Модуль 1. Химические средства гигиены.

Теоретическая часть.

В первом модуле вы узнаете о химических средствах гигиены – зубной пасте и моющих средствах.

Зубная паста.  

 

Кариес – это самое распространённое заболевание зубов. По статистике, только 3 % людей генетически не склонны к нему. Кариес развивается под влиянием микроорганизмов, которые вырабатывают молочную кислоту из остатков пищи, особенно углеводной. Любой дефект эмали зуба (её состав близок к минералу гидроксидапатиту Са₅ОН(РО₄)₃) приводит к проникновению микроорганизмов во внутренние ткани зуба, что вызывает их воспаление (дентит, пульпит). Образование молочной кислоты резко снижает pH слюны с 7,0-7,5 (нейтральная) до 4,5-5 (кислотная). При такой кислотности разрушение эмали ускоряется. Поэтому всегда после еды необходимо чистить зубы и язык, а также полоскать ротовую полость.

Основное средство ухода за зубами – зубная паста. А из чего же она состоит? Зубная паста – многокомпонентная система, которая имеет следующий состав:

ü Абразивные вещества (чаще всего для этих целей используется карбонат CaCO₃, гидрофосфат CaHPO₄ и фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂, диоксиды кремния SiO₂ и титана TiO₂, оксид алюминия Al₂O₃) осуществляют механическую очистку зубов от налёта и полировку.

ü Связующие компоненты (как правило, вещества, выделяемые из морских водорослей или производные целлюлозы – натрийкарбоксиметилцеллюлоза C6H7O2(OH)2CH2COONa) используются для превращения смеси абразивных порошков в стойкую пасту.

ü Загустители (глицерин C₃H₅(OH)₃, сорбит C₆H₁₄O₆, полиэтиленгликоль HO−CH₂−(CH₂−O−CH₂)_n−CH₂−OH) используются для получения пластичной, выдавливающейся из тюбика массы, они также способствуют сохранению в пасте влаги, улучшают вкусовые качества.

ü Пенообразователи (поверхностно-активные вещества (ПАВ), например, лаурилсульфат натрия C₁₂H₂₅SO₄Na) способствуют очищению.

ü Антисептики (формальдегид НСОН, хлорированные фенолы HOC₆H_5nCl_n, бензойная кислота С₆Н₅СООН) устраняют микробов.

ü Соединения фтора (фторид натрия (NaF), фторид олова (II) (SnF₂), монофосфат натрия NaH₂PO₄) укрепляют ткани зуба.

ü Ионы фтора переводят Са₅ОН(РО₄)₃ в CaF₂ (фторид кальция), а он, в свою очередь, адсорбируется на эмали, предохраняя её от воздействия кислот; также фторидные соединения подавляют жизнедеятельность бактерий.

ü Вкусовые добавки (сахарин и его производные) и отдушка (ментол, мятные масла, гвоздичное масло, цинеол или эвкалиптол) придают пасте приятный вкус.

Моющие средства.

Мы широко используем в быту различные моющие средства: для стирки, мытья посуды и т.д. Эти вещества обладают двойным действием: сначала они взаимодействуют с загрязняющим веществом, а затем переводят его в воду.

 

Общепринятым знатоком секретов красоты была египетская царица Клеопатра (69-33 гг. до н.э.), славившаяся необычайной красотой. До наших дней дошла её книга «О лекарствах для лица», а на берегу Мёртвого моря сохранились руины принадлежавшей ей парфюмерной фабрики.

До изобретения мыла жир и грязь с кожи удаляли золой. Египтяне умывались смешанной с водой пастой, изготовленной из пчелиного воска. В Древнем Риме при мытье пользовались истолчённым мелом, пемзой, золой.

Технология изготовления мыла из животных жиров складывалась на протяжении многих веков. Поначалу жировую смесь расплавляли и омыляли (варили со щёлочью). Так получали натуральное мыло. Оно было дорогим, так как производилось из натурального животного жира и имело не всегда приятный запах. В настоящее время для получения мыла используют высшие (жирные) карбоновые кислоты и глицерин.

Моющее действие мыла связано с особенностями строения солей жирных кислот. Их молекулы состоят из двух частей – гидрофобной и гидрофильной. Гидрофобная (водоотталкивающая) часть молекулы проникает в гидрофобное загрязняющее вещество (жир), вследствие чего каждая частица грязи оказывается окружённой гидрофильными группами. Гидрофильная часть молекулы моющего средства взаимодействует с полярными молекулами воды, из-за этого молекулы моющего вещества вместе с загрязняющим веществом отрываются от поверхности и переходят в водную среду. Действие синтетических моющих средств (СМС) аналогично мылу. В рецептуре СМС компоненты подбираются таким образом, что именно при указанной дозировке достигается максимальная моющая способность композиции в целом. Но даже если вы правильно подобрали дозировку порошка, важно ещё учесть правила стирки того или иного изделия.

Каждое средство гигиены имеет свои правила содержания и применения. Эти правила всегда в виде символов указываются на ярлыке изделия. Основная характеристика любого моющего средства – щёлочность. От неё зависит эффективность действия моющего средства. Чем более щелочную реакцию имеет мыло или шампунь, тем лучше они удаляют кожное сало, но в то же время все щелочные растворы сушат кожу, разрушают волосы. При разработке моющих средств перед химиками и косметологами стоит очень трудная задача – добиться высокой эффективности очистки и одновременно избежать повреждения кожи и волос, т.е. подобрать оптимальный уровень щёлочности моющего средства.

Для правильного использования современных моющих средств необходимо ознакомиться с очень важным понятием – водородным показателем, или рН. С этим химическим термином и его символом мы сталкиваемся ежедневно: при использовании шампуней, стиральных порошков, ополаскивателей. На этикетках приведены значения рН или указано, что препарат имеет регулируемый рН.

Что такое рН? Это показатель содержания в растворе ионов водорода. В воде и любом растворе всегда присутствует какое-то количество ионов водорода, так как молекула воды частично диссоциирует: 2Н₂О = Н₃О⁺ + ОН^- (или упрощённо: Н₂О = Н⁺ + ОН^-).

Значение рН – показатель кислотности, численно равный отрицательному значению десятичного логарифма концентрации ионов водорода: рН = - lg [Н⁺].

Значение рН может изменяться от 1 до 14, рН чистой воды равен 7. Растворы с рН меньше 7 имеют кислую реакцию, с рН больше 7 – щелочную. Значение рН можно определить с помощью прибора рН-метра или цветной индикаторной бумаги.

Обратите внимание на этикетки современных шампуней. Практически на всех указано значение рН, близкое к 5,5, что наиболее соответствует естественной реакции кожи. Физиологи доказали, что роговой слой кожи имеет такой рН за счёт находящихся в нём водорастворимых веществ. Воздействие сильно щелочных моющих средств может изменить это нормальное значение.

 Дополнительную информацию можно почерпнуть из статей Википедии, например:

1.   Зубная паста

2.   Моющие средства

3.   Мыло

4.   Водородный показатель (рН)

5.   Шампунь

6.   Кариес

Практическая часть.

«Сварим мыло».

В домашних условиях вряд ли удастся получить хорошее мыло. Его варка – процесс длительный и очень трудоёмкий. Поэтому воспользуемся обычным мылом, на основе которого приготовим косметическое, обладающее сильным дезинфицирующим действием. Кстати, оно очень хорошо может заменить лосьон для очистки лица.

Реактивы и оборудование: половина куска туалетного мыла (лучше взять «Детское»), ½ столовой ложки камфорного спирта (купить в аптеке), ½ столовой ложки нашатырного спирта (купить в аптеке), ½ столовой ложки глицерина (купить в аптеке), ¼ чайной ложки лимонной кислоты, ¼ стакана раствора пероксида водорода (купить в аптеке), 1 стакан воды, пол-литровая банка, кастрюля.

Ход работы:

Мыло настругайте или натрите на тёрке, засыпьте в банку с водой и оставьте для разбухания. Через 2-3 часа банку с мыльной смесью поместите в кастрюльку с водой и подогревайте, всё время тщательно перемешивая. Как только масса станет однородной, влейте нашатырный и камфорный спирты и лимонную кислоту, разведенную в небольшом количестве воды. Хорошо перемешайте. Затем снимите смесь с огня и помешайте до охлаждения. В ещё тёплую смесь влейте пероксид водорода маленькими порциями, при этом не прекращая перемешивания. Мыло готово!

Из самостоятельно приготовленного мыла понемногу испаряется вода, а это ему не на пользу. Для того чтобы сохранить мыло, нужно держать его в банке с крышкой. Эти правила всегда в виде символов указываются на ярлыке изделия.

Результаты своих практических изысканий необходимо сообщить в комментариях на данном блоге. Не забывайте подписываться под комментарием своей фамилией и именем. Желательно выложить фотографии.

По желанию учащихся, предлагаю более сложный вариант работы:

Свеча из мыла.

Когда мы рассуждаем о том, отче­го мыло моет, то упоминаем особое устройство его молекулы: «голова» и длинный «хвост». Причем «голо­ва» стремится к воде, а «хвост», на­против, от воды отталкивается...

Рассмотрим повнимательнее гид­рофобный «хвост» — длинную угле­водородную цепочку. Такого рода со­единения очень распространены и крайне важны для промышленнос­ти. Они - непременная составляю­щая часть многих жиров, масел, сма­зок и других полезнейших веществ. Одно из них — так называемый стеа­рин - мы сейчас и получим, взяв за основу хозяйственное мыло.

Ножом настрогайте с полкуска хозяйственного мыла и положите мыльную стружку в чистую кон­сервную банку (или в отслужившую свое кастрюльку). Налейте воды так, чтобы она с избытком покрыва­ла стружку, и поставьте смесь на во­дяную баню. Помешивайте время от времени содержимое деревянной палочкой, чтобы мыло поскорее растворилось в воде. Когда это нако­нец произойдет, снимите сосуд с ог­ня (разумеется, не голой рукой) и вливайте в него уксус. Под дейст­вием кислоты из раствора выделит­ся и всплывет на поверхность густая белая масса. Это и есть стеарин - полупрозрачная смесь не­скольких веществ, главным обра­зом стеариновой С₁₇Н₃₅СООН и пальмитиновой С₁₅Н₃₁СООН кис­лот. Точный состав назвать невоз­можно: он зависит от веществ, кото­рые пошли на приготовление мыла. Из стеарина раньше делали свеч­ки. Сейчас свечи большей частью не стеариновые, а парафино­вые - получаемый из нефти пара­фин дешевле и доступнее. Но коль скоро в нашем распоряжении есть стеарин, мы и приготовим из него свечу. Это, между прочим, само по себе занимательное занятие!

Когда банка (или кастрюлька) совсем остынет, соберите стеарин с поверхности ложкой и переложите его в чистую посуду. Два-три раза про­мойте стеарин водой и заверните его в чистую белую тряпку или в фильт­ровальную бумагу, чтобы впиталась лишняя влага. Когда стеарин совер­шенно высохнет, примемся за свечку. Вот едва ли не самый простой прием: толстую витую нить оку­найте многократно в слегка подо­гретый  расплавленный  стеарин, каждый раз давая стеарину затвер­деть на фитиле. Поступайте таким образом до тех пор, пока на фитиле не нарастет свеча достаточной тол­щины. Это хороший способ, хотя и несколько утомительный; во вся­ком случае, в давние времена так нередко готовили свечи.

Есть способ и попроще: сразу об­мазать фитиль подогретым до раз­мягчения стеарином (можно даже только что приготовленным, еще не остывшим). Но в этом случае фитиль будет хуже пропитываться плавкой массой, и свеча получится не очень хорошей, хотя и будет гореть.

Для красивых фигурных свечей и способы изготовления непросты. Прежде всего надо сделать фор­му - деревянную, гипсовую, метал­лическую. Фитиль и в этом случае желательно сначала пропитать од­ним-двумя слоями стеарина, затем его закрепляют в форме так, чтобы он проходил точно посредине. Жела­тельно, чтобы фитиль был немного натянут. И уже после этого в форму заливают горячий стеарин.

Между прочим, таким образом можно делать свечи из парафина, то есть, собственно, из покупных све­чей, расплавляя их и придавая им ту форму, которая нам по душе. Однако предупреждаем – придётся повозиться…

Получив свечу из мыла; прове­дем опыт в обратном направлении: приготовим мыло из свечи. Только не из парафиновой: из нее мыла во­обще нельзя сделать, ибо у молекул парафинов нет «голов». Но если вы уверены, что свеча стеариновая, то смело можете готовить из нее хо­зяйственное мыло. Годится также натуральный пчелиный воск.

Несколько обломков стеарино­вой свечи нагрейте на водяной ба­не, достаточно горячей, но не дове­денной до кипения. Когда стеарин полностью расплавится, добавьте к нему концентрированный рас­твор стиральной (кальцинирован­ной) соды. Образовавшаяся белая вязкая масса и есть мыло. Подер­жите его еще несколько минут на водяной бане, а затем, надев рука­вицу или обмотав руку полотен­цем, чтобы не обжечься, вылейте еще горячую массу в какую-либо форму - хотя бы в спичечный ко­робок. Когда мыло застынет, вынь­те его из коробка.

Убедиться в том, что это мыло и что оно моет, труда не составит. Только, пожалуйста, не используй­те его для мытья рук - ведь мы не знаем, насколько чистыми были ве­щества, входившие в состав свечки. Можно также проверить рН-среду раствора этого мыла.

Вопросы и задания для повторения и закрепления (с подсказками):

Внимание: ответы на эти задания можно оставлять в комментариях к данной странице блога.

Задание 1. Во время Великой Отечественной войны и в первые послевоенные годы, когда был дефицит моющих средств, многие женщины мыли волосы процеженным настоем древесной золы. И сейчас иногда в некоторых семьях принято использовать для мытья с мылом не чистую воду, а настой золы. Особенно это распространено там, где пользуются не речной, а колодезной водой. Как можно объяснить применение золы для этих целей?

Подсказка 1: Как чистить посуду золой и использовать золу в качестве мыла (интернет-статья)

Подсказка 2: Поташ (статья Википедии)

Подсказка 3: Смягчение воды, катионирование (статья Википедии)

Задание 2. Если вы займётесь оптовыми поставками парфюмерно-косметической продукции в регион, где большие трудности с пресной водой и для бытовых целей часто приходится пользоваться морской (например, г. Актау в Казахстане), то какой шампунь вы будете закупать для реализации в этом регионе - изготовленный на основе лаурилсульфата натрия или хлорида лаурилтриметиламмония - при условии, что стоимость их почти одинакова?

Подсказка 1: ПАВы в шампунях для волос (интернет-статья)

Подсказка 2: Катионные ПАВ в водных растворах диссоциируют на объемные катионы – носители поверхностной активности раствора, и анионы. К катионоактивным веществам относятся соли высших аминов, аммониевые, сульфониевые и фосфониевые основания. Катионные ПАВ обладают невысокой моющей способностью, поэтому использование их в моющих средствах ограничено. Но при этом они проявляют моющие свойства независимо от присутствия в воде других катионов.

Задание 3. Известно, что избыточное потребление сладостей способствует развитию кариеса. Как это можно объяснить с точки зрения химического разрушения зубной эмали - одной из основных причин кариеса? Можете ли вы предложить способ защиты зубов, позволяющий есть сладкое без ограничения?

Подсказка 1: Глюкоза (статья Википедии)

Подсказка 2: Молочнокислое брожение (статья Википедии)

Задание 4. Известно, что плохой уход за зубами, особенно несвоевременное удаление остатков пищи, - одна из причин кариеса. Почему опасно для зубов не очищать их от остатков пищи, которая содержит много углеводов, причём не только сахара, но и белого хлеба, печенья?

Подсказка 1: Молочнокислое брожение (статья Википедии) 

ЗАДАНИЯ на ОЦЕНКУ:

 Выполняются в специально созданных интернет-документах с возможностью общего редактирования (Google-доках). Не забывайте подписываться своим именем и фамилией.

Задание 1 к модулю 1.
Задание 2 к модулю 1. 
Задание 3 к модулю 1. 

Тест к модулю 1 "Химические средства гигиены"