Химия вокруг нас

Химические элементы в организме человека

Многие учёные считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определённую биологическую функцию. Достоверно установлена роль около 30 химических элементов, без которых организм человека не может нормально существовать. Эти элементы называют жизненно необходимыми. Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические и 6% – на неорганические вещества. Основными компонентами органических веществ являются углерод, водород и кислород, в их состав также входят азот, фосфор и сера. В неорганических веществах человека обязательно присутствуют 22 химических элемента:Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se. Учёные договорились, что если массовая доля элемента в организме превышает 10-2 %, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме человека 10-3 – 10-5 %. Если содержание элемента ниже 10-5 %, его считают ультрамикроэлементом.

Электрическая лампочка

Лампочка состоит из стеклянного баллона, в который введены держатели спирали, и из самой спирали. Спираль изготовлена из вольфрама — одного из наиболее тугоплавких металлов. Его температура плавления равна 3410 °С. Кроме высокой тугоплавкости, вольфрам обладает еще одним очень важным свойством — высокой пластичностью. Из 1 кг. вольфрама можно вытянуть проволоку длиной 3,5 км, которой хватит на изготовление 23 тыс. 60-ватных лампочек. Держатель изготовлен из молибдена — элемента-аналога вольфрама. В периодической системе Д. И. Менделеева эти два элемента находятся в одной и той же подгруппе. Важнейшим свойством молибдена является малый коэффициент линейного расширения. При нагревании он увеличивается в размере так же, как и стекло. Поскольку при нагревании и охлаждении молибден и стекло изменяют размеры синхронно, последнее не трескается и потому не нарушается герметизация.

Иногда знания по химии помогают успешно вести войны. Достаточно вспомнить пример с практически неизвестным сражением Первой мировой войны. Связан этот бой был с добычей металла молибдена. Этот металл использовался при строительстве легендарной немецкой пушки «большая Берта». Применялся он неспроста, данный металл оказался настолько прочным, что изготовленный ствол, стрелявшей на несколько километров, не деформировался снарядами от перегрева. Место добычи молибдена было только в шахте Колорадо. Узнав этот факт, группа из немецкой фирмы «Крупп», находящаяся в тех местах, с боем заполучили эту шахту. Немецкая армия была снабжена таким прочным металлом. Союзники не придали этой стычке никакого значения, и только к концу войны поняли, насколько продуманным был этот стратегический ход.

Спички

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

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

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

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

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

В современной зажигалке воспламенение горючего производится под действием искры, получающейся от сгорания мельчайшей частицы «кремня», срезанной зуб­чатым колесиком. «Кремень» представляет собой смесь редкоземельных металлов (лантаноидов). В мелкораздробленном состоянии эта смесь пирофорна, т. е. само­воспламеняется на воздухе, образуя искру.

Однако более ранний пирофор изготавливали из смеси поташа К₂ СО₃ и высушенных квасцов K₂ SO₄ ∙ Al₂ ( SO₄ )₃ .К нему добавляли мелкодисперсный уголь или сажу и нагревали до каления без доступа воздуха. Порошок охлаждали и помещали в герметически закрытый сосуд, откуда он мог извлекаться по мере необходимости, Для добывания огня порошок высыпался на трут, вату или тряпки и уже в воздухе воспламенялся. Считают, что при прокаливании на оставшихся частичках угля образуется мелкодисперсный металлический калий, кото­рый, окисляясь на воздухе, и служит инициатором воспламенения.

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

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

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

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

За период более чем 150 лет было использовано большое количество рецептур зажигательных масс, из которых изготавливают головки спичек. Они являются сложными многокомпонентными системами. В них вхо­дят: окислители (КС1О₃ , КгСг₂ О₇ , МпО₂ ) , дающие кислород, необходимый для горения; горючие вещества (сера, животные и растительные клеи, сульфид фосфора P₄ S₃ ); наполнители — вещества, предотвращающие взрывной характер горения головки (измельченное стек­ло, Fe₂ Оз ); склеивающие вещества (клеи), которые одно­временно являются и горючими; стабилизаторы кислот­ности (ZnO , СаСОз и др.); вещества, окрашивающие спичечную массу в определенный цвет (органические и неорганические красители).

По количеству кислорода, выделяемого на одну мас­совую часть, хромпик К₂ Сr₂ О₇ уступает бертолетовой соли КС lO₃ , но зажигательные составы, содержащие первый окислитель, воспламеняются значительно легче. Кроме того, хромпик улучшает качество шлака.

Пиролюзит MnO₂ играет двойную роль: катализатора разложения бертолетовой соли и источника кислорода. Оксид железа (III) Fe₂ O₃ также выполняет две функции. Он является минеральной краской (цвет ржавчины) и существенно уменьшает скорость горения массы, делая горение более спокойным.

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

Фосфорная (терочная) масса также является

Химические средства гигиены и косметики

Слово гигиена происходит от греч. гигиенос, что означает целеб­ный, приносящий здоровье, а косметика — от греч., означающее искусство украшать.

Одним из путей профилактики кариеса является очистка зубов и полоскание ротовой полости после приема пищи. Это приводит к предотвращению образования мягкого налета и зубного камня.

Трудно сказать, когда люди начали чистить зубы, но имеются сведения, что одним из древнейших препаратов для чистки зубов была табачная зола.

Важнейшим средством ухода за зубами являются зуб­ные пасты. Они имеют меньшую истирающую способ­ность по сравнению с порошками, более удобны в приме­нении и характеризуются более высокой эффективностью. Зубные пасты — это многокомпонентные составы. Они подразделяются на гигиенические и лечебно-профилакти­ческие. Первые оказывают только очищающее и осве­жающее действие, а вторые, кроме того, служат для про­филактики заболеваний и способствуют лечению зубов и полости рта.

Основные компоненты зубной пасты следующие: абра­зивные, связующие, загустители, пенообразующие. Абра­зивные вещества обеспечивают механическую очистку зу­ба от налетов и его полировку. В качестве абразивов чаще всего применяют химически осажденный мел СаСО₃ . Установлено, что компоненты зубной пасты спо­собны влиять на минеральную составляющую зуба и, в частности, на эмаль. Поэтому в качестве абразивов стали применять фосфаты кальция: СаНРО₄ , Са₃ (РО₄ )₂ , Са₂ Р₂ О₇ , а также малорастворимый полимерный мета-фосфат натрия (NaРОз ). Кроме того, в качестве абрази­вов в различных сортах паст применяют оксид и гидроксид алюминия, диоксид кремния, силикат циркония, а также некоторые органические полимерные вещества, например метилметакрилат натрия. На практике часто используют не одно абразивное вещество, а их смесь.

Из синтетических ве­ществ широкое применение нашли производные клетчат­ки (хлопковой и древесной) — натрийкарбоксиметилцеллюлоза, оксиэтилированные этиловый и метиловый эфиры целлюлозы или просто этиловый и метиловый эфиры целлюлозы.

Борьбу с кариесом при помощи лечебно-профилакти­ческих зубных паст ведут по двум направлениям: 1) ук­репление минеральной ткани зуба; 2) предупреждение образования зубного налета. Первое достигается введе­нием в пасты соединений фтора: монофторфосфата натрия, формулу которого условно можно записать в виде двойной соли NaF∙ NaPO₃ , а также фторида нат­рия NaF и фторида олова (II) SnF₂ . Существуют две точки зрения на влияние фторидных ионов на укрепление эмали зуба. 1. Ионы F переводят гидроксидапатит эмали СаОН(РО₄ )з в менее растворимый в кислотах фто-рапатит Ca₅ F( PO₄ )з. 2. В результате обменной реакции в пасте образуется CaF₂ , который адсорбируется на гидроксидапатите и предохраняет его от воздействия кислот. Известно также, что фторидные соединения спо­собствуют подавлению жизнедеятельности бактерий, вы­зывающих образование в полости рта органических кис­лот. В настоящее время в антикариесных пастах стали широко использовать ферменты, а иногда в них вводят антибиотики.