Страница 209 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

• Какие органические вещества используют в средствах бытовой химии?

В средствах бытовой химии используется широкий спектр органических веществ, которые выполняют различные функции: моющие, чистящие, дезинфицирующие, ароматизирующие и другие. Основные классы этих соединений приведены ниже.

Поверхностно-активные вещества (ПАВ)

Это основной компонент моющих и чистящих средств (стиральных порошков, гелей для душа, шампуней, средств для мытья посуды). Молекулы ПАВ имеют дифильное строение: гидрофильную («любящую воду») «голову» и гидрофобный («боящийся воды») «хвост». Благодаря этому они снижают поверхностное натяжение воды и «отрывают» частицы грязи от поверхности, заключая их в мицеллы.

• Анионные ПАВ: Имеют отрицательно заряженную гидрофильную часть. Они эффективно удаляют загрязнения и создают обильную пену. Примеры: алкилбензолсульфонаты, лаурилсульфат натрия ($C_{12}H_{25}SO_4Na$), соли высших карбоновых (жирных) кислот (мыла), например, стеарат натрия ($C_{17}H_{35}COONa$).
• Катионные ПАВ: Имеют положительно заряженную гидрофильную часть. Обладают бактерицидными свойствами и используются в дезинфицирующих средствах и кондиционерах для белья (смягчают ткань). Пример: четвертичные аммониевые соединения.
• Неионогенные ПАВ: Не имеют заряда в водном растворе. Они хорошо удаляют жировые загрязнения и менее чувствительны к жесткости воды. Примеры: этоксилированные высшие спирты, полигликоли.
• Амфотерные ПАВ: Могут проявлять свойства как анионных, так и катионных ПАВ в зависимости от pH среды. Они очень мягкие и часто используются в детских шампунях и средствах личной гигиены. Пример: кокамидопропилбетаин.

Ответ: Основными органическими веществами в моющих средствах являются поверхностно-активные вещества (анионные, катионные, неионогенные, амфотерные), такие как соли жирных кислот, алкилсульфаты и алкилбензолсульфонаты.

Растворители

Используются для растворения жиров, смол, лаков и других загрязнений, которые не растворяются в воде. Они являются основой стеклоочистителей, полиролей, пятновыводителей.

• Спирты: этанол ($C_2H_5OH$), изопропанол ($C_3H_7OH$). Быстро испаряются, не оставляя разводов.
• Гликоли и их эфиры: этиленгликоль, пропиленгликоль, гликолевые эфиры. Используются в чистящих средствах для полов и поверхностей.
• Углеводороды: уайт-спирит (смесь алифатических и ароматических углеводородов), используется в растворителях для красок.
• Кетоны: ацетон ($CH_3COCH_3$), применяется в жидкостях для снятия лака и как сильный растворитель.

Ответ: В качестве растворителей в бытовой химии применяют органические спирты (этанол, изопропанол), гликоли, углеводороды (уайт-спирит) и кетоны (ацетон).

Отбеливатели, энзимы и комплексообразователи

Эти компоненты усиливают действие ПАВ и помогают удалять специфические загрязнения.

• Оптические отбеливатели: Органические соединения (например, производные стильбена), которые поглощают УФ-излучение и флуоресцируют в синей области спектра, создавая эффект белизны.
• Энзимы (ферменты): Биологические катализаторы белковой природы. Каждый тип энзимов удаляет определенный вид загрязнений: протеазы – белковые (кровь, трава), амилазы – крахмальные (картофельное пюре), липазы – жировые, целлюлазы – обновляют цвет ткани, удаляя микроворсинки.
• Комплексообразователи (смягчители воды): Связывают ионы кальция и магния, предотвращая их взаимодействие с ПАВ. Примеры: соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), лимонная кислота и её соли (цитраты).

Ответ: Для усиления моющего эффекта используют органические оптические отбеливатели, энзимы (протеазы, липазы, амилазы) и комплексообразователи, такие как соли лимонной и аминокарбоновых кислот.

Ароматизаторы (отдушки) и консерванты

Придают продукту приятный запах и обеспечивают его сохранность.

• Отдушки: Чаще всего это сложные смеси синтетических и натуральных органических веществ: сложные эфиры (например, бензилацетат с запахом жасмина), терпены и терпеноиды (лимонен — запах цитрусовых, ментол), альдегиды.
• Консерванты: Подавляют рост микроорганизмов. Примеры: парабены (сложные эфиры пара-гидроксибензойной кислоты), формальдегид и его производные, бензойная кислота и её соли.

Ответ: Для запаха и сохранности в бытовую химию добавляют органические отдушки (сложные эфиры, терпены) и консерванты (парабены, бензойная кислота).

Прочие органические компоненты

• Загустители: Придают продуктам (гелям, кремам) необходимую вязкость. Примеры: производные целлюлозы (карбоксиметилцеллюлоза), полиакрилаты.
• Увлажнители: Добавляются в жидкие мыла, кремы для рук для смягчения кожи. Пример: глицерин ($C_3H_5(OH)_3$).
• Репелленты: Вещества, отпугивающие насекомых. Пример: диэтилтолуамид (ДЭТА).
• Полимеры: Входят в состав полиролей для мебели и автомобилей (воски, силиконы), а также клеев (поливинилацетат — ПВА).

Ответ: Также в бытовой химии применяются органические загустители (производные целлюлозы), увлажнители (глицерин), репелленты (ДЭТА) и полимеры (воски, поливинилацетат).

• Вспомните, какие катализаторы используют в реакциях присоединения водорода (гидрирования).

Вспомните, какие катализаторы используют в реакциях присоединения водорода (гидрирования).

Реакции присоединения водорода, или гидрирование, представляют собой химические реакции, в ходе которых молекула водорода ($H_2$) присоединяется к органическому соединению, обычно по месту кратных связей (двойных или тройных) или к ароматическому кольцу. Эти реакции почти всегда требуют использования катализаторов, так как молекула водорода достаточно инертна. Катализаторы активируют как водород, так и субстрат (гидрируемое вещество), снижая энергию активации и тем самым ускоряя реакцию.

В качестве катализаторов в реакциях гидрирования, как правило, используют мелкодисперсные металлы VIII группы периодической системы. Их могут наносить на инертный носитель (например, активированный уголь, оксид алюминия, сульфат бария) для увеличения поверхности контакта или использовать в виде специальных высокоактивных форм (например, "скелетные" катализаторы).

Наиболее распространенными катализаторами гидрирования являются:

Никель (Ni): Часто используется в виде скелетного никеля (известного как никель Ренея). Это высокоактивный и относительно недорогой катализатор, применяемый для гидрирования широкого круга органических соединений, включая алкены, алкины, альдегиды, кетоны, нитрилы, нитросоединения и ароматические кольца. Гидрирование на никеле Ренея обычно проводят при повышенных температуре и давлении. Например, гидрирование бензола в циклогексан:
$C_6H_6 + 3H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} C_6H_{12}$

Палладий (Pd): Очень распространенный катализатор, обычно используемый в виде "палладия на угле" (Pd/C). Он отличается высокой активностью и селективностью. Эффективен для гидрирования алкенов и алкинов в мягких условиях. Специальный вид палладиевого катализатора — катализатор Линдлара (палладий на сульфате бария, $Pd/BaSO_4$, отравленный, например, хинолином), который позволяет селективно гидрировать алкины до цис-алкенов, не затрагивая образовавшуюся двойную связь.

Платина (Pt): Используется в виде платиновой черни или оксида платины ($PtO_2$), известного как катализатор Адамса. В ходе реакции оксид платины восстанавливается до активной металлической платины. Платина является очень активным катализатором, способным гидрировать большинство функциональных групп, включая ароматические системы, в мягких условиях (часто при комнатной температуре и атмосферном давлении водорода).

Родий (Rh) и Рутений (Ru): Эти платиновые металлы также являются высокоэффективными катализаторами. Они часто используются в виде комплексных соединений (например, катализатор Уилкинсона — $RhCl(PPh_3)_3$) для гомогенного каталитического гидрирования. Такие катализаторы обладают высокой селективностью и играют ключевую роль, например, в асимметрическом синтезе для получения оптически активных соединений.

Выбор конкретного катализатора зависит от множества факторов: химической природы гидрируемого соединения, необходимой селективности (чтобы не затронуть другие функциональные группы в молекуле) и доступных условий проведения реакции (температуры, давления).

Ответ: В реакциях присоединения водорода (гидрирования) в качестве катализаторов чаще всего используют металлы VIII группы периодической системы: никель (Ni, особенно никель Ренея), палладий (Pd, обычно нанесенный на уголь), платину (Pt, в виде катализатора Адамса $PtO_2$), а также родий (Rh) и рутений (Ru).

• Как действуют на организм фенол и формальдегид?

Действие фенола на организм

Фенол (также известный как карболовая кислота, формула $C_6H_5OH$) является высокотоксичным веществом, относящимся ко второму классу опасности. Он представляет серьезную угрозу для здоровья человека при различных путях поступления в организм: через дыхательные пути, кожу и желудочно-кишечный тракт.

При контакте с кожей фенол вызывает сильные химические ожоги. Особенная опасность заключается в том, что он очень быстро всасывается через неповрежденную кожу, попадая в кровоток и вызывая общее отравление организма, даже если площадь контакта была небольшой.

Фенол является сильным нейротоксином. Его действие на центральную нервную систему (ЦНС) проявляется сначала в виде кратковременного возбуждения, а затем — паралича дыхательного центра. Симптомы отравления включают головную боль, головокружение, тошноту, слабость, нарушение координации, а в тяжелых случаях — судороги, потерю сознания и кому.

Вдыхание паров фенола приводит к раздражению и ожогам слизистых оболочек дыхательных путей, вызывая кашель, чихание и затрудненное дыхание. Длительное или интенсивное воздействие может привести к токсическому поражению печени, почек и сердечно-сосудистой системы. Фенол также обладает мутагенными свойствами.

Ответ: Фенол — это ядовитое вещество, которое при попадании на кожу вызывает сильные ожоги и быстро всасывается в кровь, поражая нервную систему (вызывая паралич), а также печень и почки. Вдыхание его паров опасно для дыхательных путей.

Действие формальдегида на организм

Формальдегид (метаналь, муравьиный альдегид, формула $CH_2O$ или $HCHO$) — это бесцветный газ с резким запахом, обладающий высокой токсичностью и относящийся ко второму классу опасности. Он также официально признан канцерогеном.

Основной путь воздействия на человека — ингаляционный (через дыхание). Формальдегид является сильным раздражителем для слизистых оболочек глаз, носа и горла. Даже при низких концентрациях он может вызывать слезотечение, кашель, першение в горле и насморк. У чувствительных людей и астматиков он может провоцировать приступы удушья.

При хроническом (длительном) воздействии формальдегид оказывает негативное влияние на центральную нервную систему, что проявляется в виде головных болей, быстрой утомляемости, депрессивных состояний и нарушений сна. Контакт с кожей может привести к развитию аллергических реакций и дерматитов.

Наибольшая опасность формальдегида заключается в его канцерогенности. Международное агентство по изучению рака (МАИР) относит его к группе 1 — вещества, канцерогенные для человека. Доказана связь между длительным вдыханием формальдегида и развитием рака носоглотки, а также имеются данные о его роли в возникновении лейкемии. Кроме того, формальдегид обладает мутагенными и аллергенными свойствами.

Ответ: Формальдегид — это токсичный газ и сильный канцероген. Он раздражает глаза и дыхательные пути, при длительном воздействии поражает центральную нервную систему, вызывает аллергию и может стать причиной развития раковых заболеваний, в частности рака носоглотки.