Фенолы представляют собой оксизамещенные ароматических углеводородов (бензола, его гомологов, нафталина и др.). Обычно их принято разделять на летучие с водяным паром (фенол, креозолы, ксиленолы и др.) и нелетучие фенолы (ди- и триоксисоединения). По числу гидроксильных групп различают одноатомные, двухатомные и многоатомные фенолы. Фенолы в естественных речных условиях образуются при процессах метаболизма водных организмов, при биохимическом окислении и трансформации органических веществ.
Фенолы используются для дезинфекции, изготовления клеев и фенолформальдегидных пластмасс. Они входят в состав выхлопных газов бензиновых и дизельных двигателей, присутствуют в больших количествах в сточных водах нефтеперерабатывающих, лесохимических, анилинокрасочных и ряда других предприятий. Высокими концентрациями этих соединений отличаются сточные воды коксохимических производств, в которых уровни содержания летучих фенолов достигают 250-350 мг/л, многоатомных фенолов — 100-140 мг/л.
В природных водах фенолы обычно находятся в растворенном состоянии в виде фенолятов, фенолятных ионов и свободных фенолов. Они могут вступать в реакции конденсации и полимеризации, образуя сложные гумусоподобные и другие довольно устойчивые соединения. В природных условиях сорбция фенолов взвесью и донными отложениями обычно несущественна. В зонах техногенного загрязнения этот процесс более значим. Типичные содержания фенолов в незагрязненных и слабозагрязненных водах не превышают 20 мкг/л. В загрязненных водах их содержания достигают десятков и сотен микрограммов в 1 л.
Хорошая растворимость фенолов и наличие соответствующих источников обусловливают высокую интенсивность загрязнения ими речных вод в условиях городских агломераций, где их содержания достигают десятков и даже сотен микрограмм в 1 л воды. Например, в водах рек Рейн и Майн в начале 1980-х гг. стабильно наблюдались повышенные концентрации многих представителей фенолов, поступающих со сточными водами. Надежным показателем степени загрязнения воды фонолами является численность фенолразрушающих бактерий. Сапрофитные анаэробы обычно присутствуют в местах интенсивного разрушения фенола, причем в условиях загрязнения количество собственно фенола (карболовой кислоты, оксибензола) и сапрофитных бактерий в донном иле и в придонном слое воды намного больше, чем в толще воды. Фенолы относительно интенсивно подвергаются биохимическому и химическому окислению, зависящему от температуры воды, величины рН, содержания кислорода и ряда других факторов. В речном потоке наблюдается тесная обратная зависимость между температурой воды и переносом фенолов, которая объясняется микробным окислением этих соединений.
Фенолы обладают токсическим действием и ухудшают органолептические показатели воды. Токсическое воздействие фенолов на рыб заметно возрастает с увеличением температуры воды. Известно, что фенолы играют важную роль в процессах аккумуляции тяжелых металлов высшими водными растениями, изменяют режим биогенных элементов и растворенных в речной воде газов. В процессе биохимической деструкции фенола происходит изменение всех элементов гидрохимического режима: снижение концентраций кислорода, увеличение цветности, окисляемости, БПК, щелочности и агрессивности (по отношению, например, к бетону) воды. Образующиеся в процессах деструкции и трансформации фенола продукты по своим свойствам могут быть более токсичными (например, пирокатехин, который, к тому же, способен образовывать со многими металлами хелаты).
Одноатомные фенолы — сильные нервные яды, вызывающие общее отравление организма также и через кожу, на которую действуют прижигающе. Отравление человека фенолом происходит При вдыхании его паров и аэрозоля, образующегося при конденсации паров, попадании вещества в желудочно-кишечный тракт и при всасывании через кожу.
Острые отравления человека наблюдали в основном при попадании фенола на кожу. Действие фенола на кожу зависит в меньшей степени от концентрации раствора и в большей от длительности воздействия.
Гигиеническое регламентирование фенола: — в воздухе рабочей зоны ПДК 0,3 мг/м3, пары, II класс опасности, вещество опасно при поступлении через неповрежденную кожу; — в атмосферном воздухе ПДК максимально разовая 0,01 мг/м3, среднесуточная 0,01 мг/м3, II класс опасности; в почве ПДК не установлена.
Химическое загрязнение окружающей среды является наиболее ощутимым и заметным. В воздухе жилых помещений присутствуют оксиды азота, серы, углерода, летучие органические соединения, взвешенные вещества, микроорганизмы.
Существует несколько типов источников загрязнения атмосферы помещения: источники высокой температуры, строительные материалы и продукты жизнедеятельности человека и живых организмов. Продукты жизнедеятельности человека представлены главным образом оксидом углерода, углеводородами, аммиаком, альдегидами, кетонами, спиртами, фенолами. В малых количествах в результате жизнедеятельности человека выделяются ацетон, ацетальдегид, изопрен, этанол, этилмеркаптан, сероводород, сероуглерод, а также нитротолуол, кумарин, нафталин. Пыль также является источником загрязнения воздуха помещений как механическая взвешенная примесь (до 250 тыс. пылинок в литре воздуха) и как место жительства пылевых клещей, число которых в грамме пыли может достигать 2-3 тысяч. Продуктами жизнедеятельности клещей является ряд химических веществ, отрицательно сказывающихся на дыхательной системе человека и способных вызывать аллергические реакции.
Полимеры, лаки, краски
Значительная часть загрязняющих веществ в воздухе помещений вызвана применением полимерных и лакокрасочных материалов. При повышении температуры в помещении, отделанном с применением полимерных материалов, появляется специфический запах пластмасс, возникающий вследствие выделения изопрена, стирола, бензола и других веществ.
Полистирольные пластики являются источником выделения формальдегида, стирола, этилбензола, изопентана, бутанола. При 20 градусах по Цельсию в продуктах, выделяющихся из суспензионного полистирола, были обнаружены стирол в количестве 26,2 мкг/кг, этилбензол – 12,3 мкг/кг, бутанол – 21,5 мкг/кг. Вспененный полистирол является источником выделения изопентана – 10,7 мг/кг, этилбензола – 0,5 мг/кг, бутена, фенола и др. веществ. При исследовании состава продуктов, выделяющихся из поливинилхлорида при 20 градусах, методом газовой хроматографии в следовых количествах были идентифицированы бензол и этилен. Пластифицированный поливинилхлорид является источником выделения пластификаторов группы фталатов.
Шведские учёные оценили количество фталатов, поступающих в водоёмы Швеции только в результате мойки полов, покрытых линолеумом, в 60 тонн в год. Ковровые покрытия, гардины, мебель, изготовленные с применением синтетических волокон являются источником выделения ацетонитрила, аммиака, хлористого и цианистого водорода. Лакокрасочные материалы загрязняют воздух веществами, содержащимися в растворителях: бензолом, толуолом, уайт-спиритом, ксилолом и др. Древесно-стружечные плиты и некоторые части мебельной фурнитуры могут являться источником выделения в окружающую среду фенола, формальдегида. Большинство альдегидов и кеталей способны вызывать первичное раздражение кожи, глаз и дыхания. Это свойство в большей степени проявляется у низших членов ряда, у тех, которые являются ненасыщенными в алифатической цепи, и у галогензамещенных членов. Альдегиды могут оказывать обезболивающий эффект, но их раздражающее действие может заставить персонал ограничить воздействие еще до его появления. Раздражение слизистых оболочек может быть связано с цилиостатическим эффектом, когда повреждаются похожие на волосы реснички, которые выстилают дыхательные пути и обеспечивают очистку воздуха. Степень токсичности в семействе альдегидов изменяется в широких пределах. Некоторые из ароматических и алифатических альдегидов быстро расщепляются в процессе обмена веществ и не оказывают вредного воздействия; они считаются безопасными для использования в пищевых продуктах в качестве ароматизаторов. Тем не менее, другие члены семейства известны (или подозреваются) как канцерогенные вещества, и при возможном контакте с ними должны соблюдаться соответствующие меры предосторожности. Некоторые альдегиды являются химическими мутагенами, а некоторые - аллергенами. Еще одно токсическое воздействие альдегидов связано с их снотворным действием. Более подробная информация относительно некоторых членов семейства альдегидов приведена ниже, а также содержится в прилагаемых таблицах. Уксусный альдегид является раздражителем слизистой оболочки, а также оказывает общее наркотическое действие на центральную нервную систему. Низкие концентрации вызывают раздражение слизистой оболочки глаз, носа и верхних дыхательных путей, а также катар бронхов. Обширный контакт может привести к повреждению роговидного эпителия. Высокие концентрации вызывают головную боль, ступор, бронхит и отек легких. Глотание вызывает тошноту, рвоту, диарею, наркотическое состояние и остановку дыхания; смерть может наступить из-за повреждения почек, жировой дегенерации печени и сердечной мышцы. Уксусный альдегид поступает в кровь как метаболит этилового спирта, и вызовет покраснение лица, дрожание рук и другие неприятные симптомы. Этот эффект усиливается лекарственным средством тетурам (антабус), а также воздействием промышленных химикалий, таких как цианамид и диметилформамид.
В дополнение к его непосредственному воздействию уксусный альдегид относится к группе 2B канцерогенных веществ, то есть по классификации Международного агентства по исследованию рака (IARC) считается возможно канцерогенным для людей и канцерогенным для животных. В различных экспериментах уксусный альдегид стимулировал аберрацию хромосом. Повторяющееся воздействие паров уксусного альдегида вызывает дерматит и конъюнктивит. При хронической интоксикации симптомы похожи на симптомы хронического алкоголизма: потеря веса, анемия, бред, зрительные и слуховые галлюцинации, ослабление интеллекта и нарушения психики. Акролеин является распространенным загрязнителем атмосферы и содержится в отработанных газах двигателей внутреннего сгорания, в состав которых входит большое количество различных альдегидов. Концентрация акролеина увеличивается при использовании дизельного топлива или мазута. Кроме того, акролеин в больших количествах обнаружен в табачном дыме не только в виде макрочастиц но и - преимущественно - в газообразной форме. В сочетании с другими альдегидами (уксусный альдегид, пропиональдегид, формальдегид, и т.д.) его концентрация достигает , что, по всей видимости, делает его одним из наиболее опасных альдегидов в табачном дыме. Таким образом, акролеин представляет собой возможную опасность для производственных помещений и окружающей среды. Акролеин токсичен и обладает сильным раздражающим действием, а высокое давление его насыщенного пара может привести к быстрому образованию опасных концентраций в атмосфере. Пары акролеина могут вызывать поражения дыхательных путей, а для глаз опасны как пары, так и сама жидкость. Контакт с кожей может привести к серьезным ожогам. Акролеин очень легко обнаруживается, поскольку сильное раздражение имеет место при концентрациях значительно ниже опасного для здоровья порога (его мощный слезоточивый эффект при очень низком содержании в атмосфере ( ) заставляет людей убегать с загрязненного места в поисках защитных средств). Следовательно, воздействие акролеина, по большей части, является результатом утечки из трубопроводов или емкостей. Нельзя полностью исключить и серьезных хронических последствий, например, рака. Наибольшую опасность представляет собой вдыхание паров акролеина. Результатом может быть раздражение носоглотки, ощущение стеснения в груди, одышка, тошнота и рвота. Бронхолегочные последствия поражения акролеином весьма серьезны; даже после выздоровления остаются неисчезающие радиологические и функциональные нарушения. Эксперименты на животных показали, что акролеин представляет собой отравляющее вещество нарывного действия; он повреждает слизистую оболочку дыхательных путей до такой степени, что дыхательная функция за время от 2 до 8 дней полностью блокируется. Неоднократное попадание на кожу может привести к дерматиту и аллергическим реакциям. Не так давно были открыты его мутагенные свойства. На примере дрозофилы Rapaport показал это еще 1948. Цель исследования заключалась в том, чтобы выяснить, не вызывается ли рак легкого, связь которого со злоупотреблением табаком неоспорима, присутствующим в дыме акролеином, а также не является ли содержащийся в горелом масле акролеин причиной некоторых форм рака пищеварительного тракта, которые, как было установлено, связаны с употреблением в пищу горелого масла. Недавние исследования показали, что акролеин для некоторых клеток является мутагенным (морские водоросли типа Dunaliella bioculata), а для других нет (дрожжи типа Saccharomices cerevisiae). Если акролеин является мутагенным для клетки, то в ее ядре обнаруживаются ультраструктурные изменения, подобные тем, что возникают при облучении морских водорослей рентгеновскими лучами. Акролеин также оказывает разнообразное влияние на синтез ДНК , действуя на некоторые ферменты. Акролеин очень эффективно блокирует работу ресничек бронхиальных клеток, которые помогают очищать бронхи. В сочетании с его воспалительным действием это дает высокую вероятность хронических заболеваний бронхов. Хлорацетальдегид обладает способностью сильно раздражать не только слизистые оболочки (он опасен для глаз даже в виде пара и может вызвать необратимые повреждения), но и кожу. Он вызывает подобные ожогам повреждения при контакте с 40% раствором и заметное раздражение при длительном или неоднократном воздействии 0,1% раствора. Меры предосторожности должны заключаться в предотвращении любого контакта с хлорацетальдегидом и контроле его содержания в атмосфере. Хлоралгидрат главным образом выделяется людьми сначала в виде трихлорэтанола и затем, по прошествии определенного времени, как трихлоруксусная кислота, которая при повторном воздействии может достигать половины дозы. В больших дозах хлоралгидрат действует подобно наркотику и угнетает дыхательный центр. Кретоновый альдегид является сильным раздражителем и может вызвать ожог роговицы; по токсичности он подобен акролеину. Были отмечены случаи аллергических реакций у контактирующих с ним рабочих, а некоторые тесты на мутагенность дали положительные результаты. Кроме того, что П-диоксан в значительной степени пожароопасен, он также относится IARC к канцерогенам группы 2B, то есть установленным канцерогеном для животных и возможным канцерогеном для человека. Изучение последствий вдыхания П-диоксана на животных показало, что его пары могут вызывать наркотическое состояние, поражение легких, печени и почек, раздражение слизистых оболочек, застой и отек легких, изменение в поведении и повышение количества клеток крови. Большие дозы П-диоксана, содержащегося в питьевой воде, вели к развитию опухолей у крыс и морских свинок. Эксперименты с животными также показали, что П-диоксан быстро впитывается через кожу, вызывая нарушение координации, наркотическое состояние, эритему, а также поражая почки и печень.
Формальдегид и его полимерная производная параформальдегид. Формальдегид легко полимеризуется как в жидком, так и в твердом состоянии, в результате чего образуется смесь химических соединений, известная как параформальдегид. Этот процесс полимеризации замедляется присутствием воды, и поэтому применяемый в промышленности формальдегид (известный как формалин или формол) представляет собой водный раствор, содержащий от 37 до 50 весовых процентов формальдегида; к этим водным растворам в качестве ингибитора полимеризации добавляют от 10 до 15 % метилового спирта. Формальдегид токсичен при глотании и вдыхании паров, а также может вызывать повреждения кожи. При обмене веществ он превращается в муравьиную кислоту. Токсичность полимеризованного формальдегида потенциально подобна токсичности мономера, поскольку при нагревании происходит деполимеризация. Воздействие формальдегида вызывает острые и хронические реакции. Доказано, что формальдегид является канцерогеном для животных; по классификации IARC он относится к группе 1B, как возможный канцероген для человека. Следовательно, при работе с формальдегидом должны приниматься такие же меры предосторожности, как и для всех канцерогенных веществ. Низкие концентрации паров формальдегида вызывают раздражение, особенно глаз и дыхательных путей. Из-за растворимости формальдегида в воде его раздражающий эффект ограничен верхними дыхательными путями. Концентрации порядка  вызывают легкую формикацию глаз и носоглотки; при ощущение дискомфорта быстро нарастает; при  наблюдается серьезное затруднение дыхания, жжение в глазах, носу и трахее, сильное слезотечение и кашель. Концентрации от 50 до вызывают чувство стеснения в груди, головную боль, сильное сердцебиение, а в тяжелых случаях приводят к смерти из-за отека или спазма гортани. Также могут наблюдаться ожоги.
Формальдегид реагирует с хлористым водородом, и сообщалось, что в результате такой реакции во влажном воздухе может образовываться незначительное количество вторичного хлорметилового эфира, который является опасным канцерогенным веществом. Дальнейшие исследования показали, что при нормальной температуре и влажности окружающей среды даже при очень высоких концентрациях формальдегида и хлористого водорода не образуется хлорметиловый эфир в количествах, превышающих порог чувствительности . Тем не менее, Национальный институт безопасности и гигиены труда США (NIOSH) рекомендовал обращаться с формальдегидом как с потенциальным промышленным канцерогеном, поскольку некоторые тесты показали его мутагенную активность, а у крыс и мышей он способен вызывать рак носовой полости, особенно в сочетании с парами соляной кислоты.
Глютаральдегид - относительно слабый аллерген, который может вызывать аллергический дерматит, а в сочетании с раздражающим действием его аллергенные свойства могут также стать причиной аллергических заболеваний органов дыхания. Это относительно сильный раздражитель кожи и глаз.
Глицидальдегид - высоко реактивный химикат, который относится IARC к группе 2B, как возможный канцероген для человека и установленный канцероген для животных. Таким образом, при работе с этим веществом должны соблюдаться те же меры предосторожности, что и для других канцерогенов.
Метацетальдегид при попадании внутрь может вызвать тошноту, сильную рвоту, боль в животе, напряженность мышц, конвульсии, кому и смерть от остановки дыхания. Глотание параацетальдегида обычно вызывает сон без угнетения дыхания, хотя известны смертельные случаи в результате остановки дыхания и нарушения циркуляции после приема больших доз. Диметоксиметан может вызывать поражение печени и почек, а при остром воздействии раздражающе действует на легкие.

ПРОИЗВОДНЫЕ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Из этой группы наиболее широкое распространение получили далапон, трихлорацетат натрия, амибен, банвел-Д, 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д) и ее натриевая и аминная соли, бутиловый, кротиловый и октиловый эфиры; 2М-4Х, 2,4-М, 2М-4ХМ, 2М-4ХП, камбилен, дактал, пропанид, рамрод, солан и др. Во внешней среде они среднестабильны и оказывают слабое влияние на гидрохимический режим. Бутиловый эфир 2,4-Д придает воде “аптечный” запах при концентрации 1,62 мг/л и привкус — при 2,65 мг/л.
Токсичность. Производные карбоновых кислот обладают сходным механизмом действия. Они влияют на нервную систему рыб, вызывают функционально-морфологические изменения в печени, почках, кроветворной ткани, органах размножения и др. Пропанид и другие анилиды, кроме того, обладают гемолитическим действием. Препараты группы 2,4-Д нарушают воспроизводительную функцию животных [5,6].

ГЛАВА 4. МОИ УРОКИ

Урок: Кислородсодержащие органические соединения

Цели. Обобщить знания учащихся по данной теме, в игровой форме проверить их уровень знаний и навыки.
Оборудование. На демонстрационном столе – химические реактивы, косметические средства, душистые вещества, стиральные моющие средства, яблоко, хлеб, картофель, лекарственные препараты.
Девиз Если путь твой к познанию Мира ведет, –Как бы ни был он долог И труден – вперед! (Фирдоуси)

ХОД УРОКА

Учитель. «Я хочу стать химиком!» – так ответил гимназист Юстус Либих на вопрос директора Дармштадской гимназии о выборе будущей профессии. Это вызвало смех учителей и гимназистов, присутствовавших при разговоре. Дело в том, что во времена Либиха в Германии, да и в большинстве других стран к такой профессии не относились серьезно. Химию рассматривали как прикладную часть естествознания и, хотя были разработаны теоретические представления о веществах, эксперименту чаще всего не придавали должного значения.
В наше время желание стать химиком никого не рассмешит, напротив, химическая отрасль промышленности постоянно нуждается в людях, у которых обширные знания и экспериментальные навыки сочетаются с любовью к химии. Роль химии в различных областях техники и сельского хозяйства все время возрастает. Без многочисленных химических препаратов и материалов нельзя было бы повысить мощность механизмов и транспортных средств, расширить производство предметов потребления и увеличить производительность труда. Химико-фармацевтическая отрасль промышленности выпускает разнообразные медикаменты, укрепляющие здоровье и продлевающие жизнь человека.
Для улучшения благосостояния и более полного удовлетворения потребностей населения необходимы квалифицированные рабочие, инженеры и ученые. А все начинается со школьной лаборатории. Итак, первый тур.

I тур. Лаборатория школьника

Задание (1-я лаборатория). Получить альдегид.
Медную спираль накалить в пламени спиртовки и опустить в пробирку со спиртом. Ощущается резкий запах альдегида, спираль становится блестящей. Уравнение реакции:

Задание (2-я лаборатория). Получить карбоновую кислоту.
К 2 г ацетата натрия СН₃СООNa прилить 1,5 мл H₂SO₄ (конц.), закрыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой и нагревать смесь пламенем спиртовки. Происходит реакция:

Образующаяся уксусная кислота (t_кип = 118 °С) отгоняется, ее собирают в пустую пробирку.
Задание (3-я лаборатория). Получить сложный эфир.
В пробирку налить по 1 мл CH₃CООН и С₂Н₅OН, добавить 0,5 мл H₂SO₄ (конц.) и нагревать 5 мин пламенем спиртовки, не доводя до кипения. Содержимое пробирки охладить и вылить в другую пробирку с 5 мл воды. Наблюдается образование слоя несмешивающейся с водой жидкости – сложного эфира этилацетата. Уравнение реакции:

II тур. Благоухающая реторта

Учитель. «И она остановилась около торговца благовониями, и взяла у него десять разных вод: розовую воду, смешанную с мускусом, апельсиновую воду, воду из белых кувшинок, из цветков вербы и фиалок, и еще пять других. И она купила еще головку сахара, склянку для опрыскивания, мешок ладана, серую амбру, мускус и восковые свечи из Александрии и все это положила в корзину и сказала: “Возьми корзину и иди за мной…”»
Это отрывок из истории носильщика и трех женщин из Багдада, одной из прекраснейших сказок «Тысячи и одной ночи». Чудесная цветочная вода, благоухающие душистые вещества, так же как драгоценные камни и изысканные кушанья, в странах Востока когда-то были признаком богатства. Много веков назад арабы уже знали различные способы получения душистых веществ из растений и выделений животных. В парфюмерных лавках восточных базаров многочисленные торговцы предлагали богатейший выбор изысканных душистых веществ.
В средневековой Европе духи не использовали. После античных времен они снова появились только в эпоху Возрождения. Но уже при дворе Людовика XIV дамы обильно душились, чтобы заглушить неприятный запах, исходящий от тела, – мыться было не принято.
Мы всегда радуемся приятным ароматам. Однако вкусы изменились – одурманивающие благовония Востока и резкий, навязчивый аромат духов эпохи Возрождения уступили свое место тонким фантазийным (т. е. созданным фантазией парфюмеров) ароматам. И еще кое-что изменилось. Великолепные духи сегодня доступны всем женщинам. Если раньше приходилось на огромных полях возделывать розы, собирать их цветы и перерабатывать, чтобы получить всего лишь несколько килограммов розового масла, то сегодня химические заводы дают замечательные душистые вещества и к тому же нередко с совершенно новыми оттенками запахов. Природные душистые вещества можно получить из растений, в особых клетках которых они находятся обычно в виде маленьких капелек. Они встречаются не только в цветах, но и в листьях, в кожуре плодов и иногда даже в древесине.
Лаборатории демонстрируют изготовленные дома душистые вещества.

Масло перечной мяты (1-я лаборатория)

Из 50 г высушенной перечной мяты мы можем выделить 5–10 капель мятного масла. Оно содержит, в частности, ментол, который придает ему характерный запах.
Мятное масло используется в большом количестве для изготовления одеколона, туалетной воды и средств для волос, зубных паст и эликсиров.

Духи (2-я лаборатория)

Для получения приятного запаха понадобится, прежде всего, цитрусовое масло, которое мы получим из кожуры апельсинов или лимонов. С этой целью кожуру натрем на терке, завернем в кусочек прочной материи и тщательно выдавим. Смешаем 2 мл мутной жидкости, просочившейся через ткань, с 1 мл дистиллята, полученного из мыла.
Теперь нам понадобится цветочный запах. Мы создадим его, добавляя к смеси 2–3 капли ландышевого масла. Капельки метилсалицилата, тминного масла, а также небольшая добавка ванильного сахара улучшают аромат. В заключение растворим эту смесь в 20 мл чистого спирта или в крайнем случае в равном объеме водки, и наши духи готовы.

Медовый крем для рук (3-я лаборатория)

Мы получим его нагреванием 3,5 части порошкообразного желатина с 65 частями розовой воды (лепестки роз выдерживают в воде несколько дней) и 10 частями меда. К нагретой смеси при перемешивании добавляют другую смесь, содержащую 1 часть духов, 1,5 части спирта и 19 частей глицерина. В холодном месте масса загустевает, и образуется готовый к употреблению желеобразный крем.

III тур - Продукты питания как химические соединения

Учитель. «Человек есть то, что он ест» – в этом высказывании Людвига Фейербаха вся суть наивного материализма. В наше время мы, конечно, не можем согласиться с таким мнением, которое не учитывает того, что человек представляет собой особую, качественно новую, высшую ступень развития живых организмов на Земле.
Но как бы там ни было, можно сказать, что человеческий организм поистине подобен химическому комбинату с чрезвычайно сложной технологией производства. В организме человека без применения сильных кислот, а также высоких давлений и температур с превосходным выходом осуществляются сложнейшие химические превращения.
Человеческий организм не только не может расти и развиваться, но и просто существовать без притока органических веществ. В отличие от растений он не может сам создавать органические соединения из неорганического сырья. Кроме того, организму требуется энергия – как для обеспечения соответствующей температуры тела, так и для совершения работы. Эти самые органические вещества поступают к нам в организм с пищей, при их распаде выделяется энергия.
Задание (1-я лаборатория). Доказать, что в спелом яблоке содержится глюкоза. (Провести реакцию серебряного зеркала с яблочным соком.) Задание (2-я лаборатория). Обнаружить крахмал в продуктах питания. (Провести йодкрахмальную реакцию, например на срезе картофелины.) Задание (3-я лаборатория). Определить уксусную кислоту. (Использовать индикатор – синий лакмус и порошок соды.)
Учитель. Благодаря йодкрахмальной реакции не раз удавалось вывести на чистую воду жуликов, которые торговали бутербродами, выдавая за масло маргарин. Выпускаемый промышленностью маргарин по техническим условиям должен содержать добавку кунжутного масла. Последнее дает красное окрашивание с фурфуролом и соляной кислотой. С 1915 г. было разрешено заменять кунжутное масло картофельным крахмалом. Маргарин содержит 0,2% крахмала.

IV тур. Стиральные моющие средства

Учитель. Моющие средства стали всем доступны только благодаря химии. В Древнем Риме в качестве самого распространенного моющего средства ценилась протухшая моча. В те времена ее специально собирали, она была предметом торговли и обмена.
Туалетное мыло в течение нескольких столетий было предметом роскоши. Эффективные моющие средства, туалетные мыла, жидкости для удаления пятен и многое другое, без чего мы не можем обойтись, были созданы химиками в исследовательских лабораториях. Эти средства необычайно облегчают наш домашний труд.
Задание (1-я лаборатория). Испытать растворы стиральных моющих средств фенолфталеином. Каким из моющих средств вы бы постирали изделия из шерсти или натурального шелка?
Задание (2-я лаборатория). Попробуйте растворить растительное масло в различных растворителях – воде, этаноле, бензине. Чем вы будете выводить жирное пятно?
Задание (3-я лаборатория). Опыты с жесткой водой – приливать к ней понемногу растворы различных моющих средств.
В каком случае приходится добавлять больше раствора до образования устойчивой пены? Какой препарат не утрачивает моющего действия в жесткой воде? В чем преимущество и каковы недостатки синтетических моющих средств?
Природные и синтетические моющие средства
Учитель. Итак, мы видим, что химия все быстрее шагает вперед, способствуя тому, чтобы наша жизнь становилась прекраснее и легче. Она вносит свой вклад в борьбу за то, чтобы наша земля смогла прокормить все человечество. Но ведь творцами химии завтрашнего дня станете вы, сегодняшние школьники. Вам предстоит – не без тяжелого труда – овладеть знаниями, чтобы потом, используя их, приносить пользу людям.
Подводятся итоги.
Открытый урок по химии: "Области применения спиртов, альдегидов и карбоновых кислот".
Цели урока:
·                     Обобщение знаний по применению спиртов, альдегидов и карбоновых кислот.
·                     Охрана окружающей среды и безопасности жизни в производстве и применении спиртов, альдегидов и карбоновых кислот.
·                     Расширение кругозора учащихся о предприятиях родного края (учащиеся готовят выступления заранее).
Девиз: Служение Отечеству – благородная роль химии.
Ход урока
Учитель: Сегодня на уроке мы поговорим не только о применении на практике некоторых органических веществ, но и о безопасности жизни людей. Большинство отраслей химической промышленности выпускают полезную продукцию (в этом мы не сомневаемся), но как сделать так, чтобы отходы от производств не загрязняли окружающую среду, неблагоприятно не влияли на здоровье людей.
Ученик: Метанол используют для получения большого количества разных органических веществ, в частности формальдегида
 
и метилметакрилата
,
которые используют в производстве фенолформальдегидных смол и органического стекла. Метанол используют как растворитель, экстрагент, а в ряде стран – в качестве моторного топлива, так как добавка его к бензину повышает октановое число топлива и снижает количество вредных веществ в выхлопных газах. В этом проявляется забота о людях. (Подготавливается подробный реферат о применении спиртов.)
Учитель: А сейчас, проведем “химическую эстафету”. (5 минут)
Учащиеся выполняют задание.
Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: этан – этилен – этиловый спирт – этаналь – уксусная кислота.
(Для проверки, на обратной стороне доски один ученик выполняет это же задание.)
С₂Н₆ —> С₂Н₄ —> С₂Н₅ОН —> СН₃СНО —> СН₃СООН
1.                 _Ni С₂Н₆ —> С₂Н₄ + Н_{2 н+, кат.}
2.                С₂Н₄ + Н₂О —> С₂Н₅ОН
3.                С₂Н₅ОН + СuО —> СН₃СНО + Сu + Н₂О
4.                СН₃СНО + 2Сu(ОН)₂ —> СН₃СООН + Сu₂О + 2Н₂О
Учитель: Химия обладает огромными возможностями. Возьмем, к примеру, лекарства – вещества, так необходимые для здоровья человека. Даже они могут быть исключительно опасными, если использовать их неразумно, неграмотно, например, при самолечении.
Ученик: Химия очень тесно связана с медициной. Связь возникла давно. Еще в XVI веке широкое развитие получило медицинское направление, основоположником, которого стал немецкий врач Парацельс.
Аспирин, или ацетилсалициловая кислота
–
один из препаратов, который широко применяют как жаропонижающее, болеутоляющее и противоревматическое средство. Аспирин – это кислота, и его избыток может способствовать раздражению слизистой оболочки желудка и появлению язвы. Но забота о здоровье людей помогла найти выход из этого положения. Выяснилось, что вещества, содержащиеся в ягодах вишни, действуют лучше аспирина.
ОАО “Красногорсклексредства” выпускает не только фасованные лекарственные травы, но также жидкие лекарственные средства и травяные чаи. А добавление в чай сока лимона поможет снять сердечную боль.
Как утверждают ботаники, родиной лимона является Индия, где он растет в диком состоянии в горных местностях, у подножья Гималаев, откуда потом попал в страны Юго-Восточной Азии и значительно позднее – в Европу. В России по-настоящему с лимоном познакомились лишь во второй половине XVII в., когда его деревца впервые завезли из Голландии в Москву и посадили в кремлёвских “оранжерейных палатах”. В начале XVII в. в помещичьих усадьбах быстро распространилась “мода” на выращивание лимона с целью получения плодов.
Кстати, у нас в стране эта традиция поддерживается и сейчас. Так, например, в г. Павлове Нижегородской области многие имеют дома по 4–5 небольших деревцев лимона. Отсюда и произошел известный комнатный сорт – Павловский. Однако комнатное деревце этого лимона дает при заботливом, правильном уходе 10–16 плодов в год. Чем же определяется польза лимона? Прежде всего, конечно, аскорбиновой кислотой, или витамином С, лечебное значение которого известно многим. Этот витамин является средством против цинги. Еще во времена великих морских путешествий европейцы широко использовали для этой цели лимон. Известно, что прославленный мореплаватель Дж. Кук брал с собой на корабли запас этих плодов, а в 1795 году в Англии был издан указ, по которому экипажам кораблей предписывалось ежедневно выдавать порции лимонного сока.
Сегодня известно, что витамин С повышает сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям, особенно так называемого простудного характера. Вот почему лимоны могут рекомендовать (наряду с другими фруктами и овощами) как средство для неспецифической профилактики гриппа и гриппоподобных заболеваний. Тем более что насыщенность этим витамином повышает сопротивляемость к воздействию холода. Помимо этого, данный витамин обладает способностью ускорять заживление ран, ожогов и переломов костей, содействует более быстрому выздоровлению при ревматизме, туберкулезе, аллергических поражениях. По некоторым данным, больные различными инфекциями испытывают облегчение при лечении аскорбиновой кислотой.
Любопытно, что витамина С гораздо больше содержится в кожуре лимона нежели в его мякоти. Поэтому нужно съедать весь плод без остатка. Для того, чтобы удовлетворить суточную потребность взрослого человека в этом витамине, нужно ежедневно употреблять около 100 грамм лимона, т.е. два мелких или один крупный плод лимона. Однако не все любят кислое.
А лимон действительно кислый.
(Подготавливается подробный реферат.)
Учитель: А сейчас послушаем сообщение о косметических средствах.
Ученик: Раскопки древних поселений свидетельствуют о том, что у людей всегда была тяга к раскрашиванию своего тела.
В далеком прошлом в качестве косметических средств использовали лишь природные вещества. С развитием химии, помимо природных веществ, стали использовать и синтетические.
Для душистых веществ используются самые современные методы органического синтеза. В настоящее время разработаны методы синтеза почти всех душистых веществ, добывавшихся ранее из природного сырья, и создан ряд новых, не найденных в природе. Из химического, а не из природного сырья получают теперь ментол с запахом перечной мяты; цитраль, пахнущий лимоном; ванилин; ирон с нежным ароматом фиалки и многие другие.
Но ООО “Лорен косметик”, находящееся в г. Дедовске Московской области, выпускает продукцию из натурального сырья. Это возможные красящие шампуни, дезодоранты, которые не содержат фреоны и многое другое. (Подготавливается подробный реферат.)
Учитель: Давайте с вами послушаем сообщение о применение муравьиной и молочной кислотах.
Ученик: Муравьиная кислота.
Муравьи рода Formika используют различные кислоты как средство общения друг с другом, точно также, как многие общественные насекомые. Муравьиная кислота, выделяемая муравьями в момент опасности, служит сигналом для всех остальных особей этого вида и является средством защиты при нападении хищников. Благодаря этой кислоте муравьи имеют не так уж много врагов.
Муравьиная кислота полезна для крупных млекопитающих, так, медведи после зимней спячки избавляются от паразитов, ложась на муравейник. Муравьи, кусая его, впрыскивают муравьиную кислоту.
Молочная кислота
Молочная кислота (С₃Н₆О₃) является промежуточным продуктом обмена веществ у теплокровных животных. Запах этой кислоты улавливается кровососущими насекомыми, в частности комарами, на значительном расстоянии. Это позволяет насекомым находить свою жертву.
Учитель: Последний вопрос, который мы разберем сегодня на уроке – это химия и пища.
Ученик: Человек – существо странное. Сначала он, вопреки здравому смыслу разрушает собственное здоровье, а затем стремится его поправить. Причина – элементарная безграмотность. Нашу страну захлестнула волна импортных продуктов питания. Поставщики Нидерланды, Дания, Германия, США, Франция, Израиль. Однако в каждой развитой стране существует три категории продуктов питания: для внутреннего рынка, для развитых стран, для развивающихся стран, в том числе, к сожалению, и для России. Как же обезопасить себя?
Необходимо знакомиться с надписями на упаковках кондитерских изделий, напитков, маргарина и т. д. Обратим внимание на букву Е.
·                     Е 100 – Е 182 – красители (кармин – красный; куркума – желтый; сахарный колер (карамель) – темно-коричневый).
·                     Е 200 – Е 299 – консерванты – это вещества, добавление которых позволяет замедлить или предотвратить развитие микрофлоры.
·                     Е 300 – Е 399 – вещества, которые замедляют процессы брожения.
·                     Е 400 – Е 409 –стабилизаторы, обеспечивают продуктам длительное хранение.
·                     Е 500 – Е 599 – эмульгаторы, эти вещества позволяют сохранить равномерность распределения дисперсной фазы в среде, например, растительные масла, пиво.
·                     Е 600 – Е 699 – ароматизаторы, т.е. соединения, усиливающие или придающие вкус пищевым продуктам.
·                     Е 900 – Е 999 – антифламинги, которые не позволяют слеживаться муке, соли, соде и т.д.
Госсанэпидемнадзор и общество защиты прав потребителей, не рекомендует употреблять продукты питания, содержащие добавки с маркировками:
·                     Е 131, Е 141, Е 215 –Е 218, Е 230 – Е 232, Е 239 – являются аллергенами;
·                     Е 121, Е 123 – способны вызвать желудочно-кишечные расстройства, а в больших дозах и пищевые отравления;
·                     Е 211, Е 240, Е 442 – содержат канцерогены, т.е. могут провоцировать образование опухолей.
Применение пищевых добавок допустимо только в том случае, если они, даже при длительном использовании, не угрожают здоровью человека.
Учитель: В подмосковном городе Красногорске есть кондитерская фабрика “КОНФАЭЛЬ”. На этой фабрике выпускают кондитерские изделия с натуральными наполнителями. Давайте послушаем сообщение об этой замечательной фабрике. (Ученик делает сообщение.)
Если останется время, то можно задать интеллектуальные вопросы. (5 минут)
·                     Это вещество, вернее его раствор, используется для консервирования биологических препаратов, а благодаря его парам, содержащимся в древесном дыме, коптят рыбу и колбасы.
Ответ: формальдегид.
·                     Современные рекомендации по правильному питанию не отличаются от высказанных более 4 тыс. лет назад в Библии и более 2,5 тыс. лет назад Гиппократом. Один из таких советов гласит: “Не следует жарить пищу, готовьте пищу на пару, варите, запекайте её”. Почему?
Ответ: При жарении образуются конденсированные ароматические вещества, например бензопирен (3,4 – бензирен).
·                     Содержание воды в организме ребенка 70%, у взрослого человека – 50–60%, у стариков – 40%. Если беременная женщина примет алкоголь, то где он будет накапливаться?
Ответ: Алкоголь хорошо растворяется в воде и будет накапливаться там, где её больше всего – в плоде, в головном мозге.
·                     Вещества каких классов органических соединений чаще всего используются в парфюмерной промышленности?
Ответ: эфиры, спирты, альдегиды, арены.
·                     Какие кислоты можно использовать в быту для выведения пятен от фруктов и ржавчины?
Ответ: лимонную, яблочную, уксусную, щавелевую.
или решить задачу.
В аптеке для растворения антибиотиков используют 10% раствор поваренной соли. Сколько дистиллированной воды потребуется для приготовления 100 г 10% раствора NаCl?
Решение:
1.                10% или 0,1
m (NaCI) = 100 . 0,1 = 10 (г)
2.                m (H₂O) = 100 – 10 = 90 (г)
Ответ: 90 г воды.
Учитель: Химия – удивительная наука, она вводит человека в мир различных веществ, который окружает нас. Учите химию, и вы добьетесь.

ЗАДАЧИ
Задача 1. При сгорании органического вещества массой 4,8 г образовалось 3,36 л CO₂ (н.у.) и 5,4 г воды. Плотность паров органического вещества по водороду равна 16. Определите молекулярную формулу исследуемого вещества.
Решение. Продукты сгорания вещества состоят из трех элементов: углерода, водорода, кислорода. При этом очевидно, что в состав этого соединения входил весь углерод, содержащийся в CO₂, и весь водород, перешедший в воду. А вот кислород мог присоединиться во время горения из воздуха, а мог и частично содержаться в самом веществе. Для определения простейшей формулы соединения нам необходимо знать его элементный состав. Найдем количество продуктов реакции (в моль):
n(CO₂) = V(CO₂) / V_M = 3,36 л : 22,4 л/моль = 0,15 моль n(H₂O) = m(H₂O) / M(H₂O) = 5,4 г : 18 г/моль = 0,3 моль Следовательно, в состав исходного соединения входило 0,15 моль атомов углерода и 0,6 моль атомов водорода: n(H) = 2n(H₂O), так как в одной молекуле воды содержатся два атома водорода. Вычислим их массы по формуле: m = n х M
m(H) = 0,6 моль х 1 г/моль = 0,6 г
m(С) = 0,15 моль х 12 г/моль = 1,8 г
Определим, входил ли кислород в состав исходного вещества:
m(O) = 4,8 - (0,6 + 1,8) = 2,4 г
Найдем число моль атомов кислорода:
n(O) = m(O) / M(O) = 2,4 г : 16 г/моль = 0,15 моль
Соотношение числа атомов в молекуле исходного органического соединения пропорционально их мольным долям:
n(CO₂) : n(H) : n(O) = 0,15 : 0,6 : 0,15 = 1 : 4 : 1
самую маленькую из этих величин (0,15) принимаем за 1, а остальные делим на нее.
Итак, простейшая формула исходного вещества CH₄O. Однако по условию задачи требуется определить молекулярную формулу, которая в общем виде такова: (CH₄O)_х. Найдем значение x. Для этого сравним молярные массы исходного вещества и его простейшей формулы:
x = M(CH₄O)_х / M(CH₄O)
Зная относительную плотность исходного вещества по водороду, найдем молярную массу вещества:
M(CH₄O)_х = M(H₂) х D(H₂) = 2 г/моль х 16 = 32 г/моль
x = 32 г/моль / 32 г/моль = 1
Есть и второй вариант нахождения x (алгебраический):
12x + 4x + 16x = 32; 32 x = 32; x = 1
Ответ. Формула исходного органического вещества CH₄O.
Задача 2. Какой объем водорода (н.у.) получится при взаимодействии 2 моль металлического натрия с 96%-ным (по массе) раствором этанола в воде (V = 100 мл, плотность d = 0,8 г/мл).
Решение. В условии задачи даны количества обоих реагентов - это верный признак того, что какой-нибудь из них находится в избытке. Найдем массу этанола, введенного в реакцию:
m(раствора) = V х d = 100 мл х 0,8 г/мл = 80 г m(C₂H₅OH) = {m(раствора) х w%} : 100% = 80 г х 0,96 = 76,8 г
(1)           2C₂H₅OH + 2Na = 2C₂H₅ONa + H₂
на 2 моль этанола -- 2 моль натрия -- 1 моль водорода
Найдем заданное количество этанола в моль:
n(C₂H₅OH) = m(C₂H₅OH) / M(C₂H₅OH) = 76,84 г : 46 г/моль = 1,67 моль
Поскольку заданное количество натрия составляло 2 моль, натрий в нашей задаче присутствует в избытке. Поэтому объем выделенного водорода будет определяться количеством этанола:
n₁(H₂) = 1/2 n(C₂H₅OH) = 1/2 х 1,67 моль = 0,835 моль V₁(H₂) = n₁(H₂) х V_M = 0,835 моль х 22,4 л/моль = 18,7 л
Но это еще не окончательный ответ. Будьте внимательны! Вода, содержащаяся в растворе спирта, тоже реагирует с натрием с выделением водорода.
Найдем массу воды:
m(H₂O) = {m(раствора) х w%} : 100% = 80 г х 0,04 = 3,2 г n(H₂O) = m(H₂O)/M(H₂O) = 3,2 г : 18 г/моль = = 0,178 моль
(2)           2H₂O + 2Na = 2NaOH + H₂
на 2 моль воды -- 2 моль натрия -- 1 моль водорода
Количество натрия, оставшееся неизрасходованным после реакции с этанолом, составит: n(Na, остаток) = 2 моль - 1,67 моль = 0,33 моль Таким образом, и по сравнению с заданным количеством воды (0,178 моль) натрий все равно оказывается в избытке.
Найдем количество и объем водорода, выделившегося по реакции (2): n₂(H₂) = 1/2 n(H₂O) = 1/2 х 0,178 моль = 0,089 моль V₂(H₂) = n₂(H₂) х V_M = 0,089 моль х 22,4 л/моль = 1,99 л Общий объем водорода:
V(H₂) = V₁(H₂) + V₂(H₂) = 18,7 л+ 1,99 л = 20,69 л
Ответ: V(H₂) = 20,69 л
Задача 3. Вычислите массу уксусной кислоты, которую можно получить из 44,8 л (н.у.) ацетилена, если потери на каждой стадии получения составляют в среднем 20%.
Решение
n(CH₃COOH)_теор = n(C₂H₂) = V(C₂H₂) / V_M = 44,8 л : 22,4 л/моль = 2 моль n(CH₃COOH)_практ = n(CH₃COOH)_теор х h₁ х h₂ = 2 моль х 0,8 х 0,8 = 1,28 моль Масса уксусной кислоты с учетом всех потерь составит: m(CH₃COOH) = n(CH₃COOH)_практ х M(CH₃COOH) = 1,28 моль х 60 г/моль = 76,8 г
Ответ. m(CH₃COOH) = 76,8 г
Задача 4. При окислении смеси бензола и толуола подкисленным раствором перманганата калия при нагревании получено 8,54 г одноосновной органической кислоты. При взаимодействии этой кислоты с избытком водного раствора гидрокарбоната натрия выделился газ, объем которого в 19 раз меньше объема такого же газа, полученного при полном сгорании исходной смеси углеводородов. Определите массы веществ в исходной смеси.
Решение
Перманганатом калия окисляется только толуол, при этом образуется бензойная кислота:
5С₆Н₅-СН₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ → 5С₆Н₅-СООН + 3K₂SO₄ + 6MnSO₄ + 14Н₂О
v(C₆H₅-COOH) = 8,54/122 = 0,07 моль = v(C₆H₅-CH₃).
При взаимодействии бензойной кислоты с гидрокарбонатом натрия выделяется СО₂:
С₆Н₅-СООН + NaHCO₃ → C₆H₅-COONa + СО₂↑ + Н₂О.
v(CO₂) = v(C₆H₅-COOH) = 0,07 моль.
При сгорании смеси углеводородов образуется 0,07*19 = 1,33 моль СО₂. Из этого количества при сгорании толуола по уравнению
С₆Н₅-СН₃ + 9О₂ → 7СО₂ + 4Н₂О
образуется 0,07*7 = 0,49 моль СО₂. Остальные 1,33-0,49 = 0,84 моль СО₂ образуются при сгорании бензола:
С₆Н₆ + 7,5О₂ → 6СО₂ + ЗН₂О.
v(C₆H₆) = 0,84/6 = 0,14 моль.
Массы веществ в смеси равны:
m(С₆Н₆) = 0,14-78 = 10,92 г, m(С₆Н₅-СН₃) = 0,07*92 = 6,48 г.
Ответ. 10,92 г бензола, 6,48 г толуола.
Задача 5. Эквимолярная смесь ацетилена и формальдегида полностью прореагировала с 69,6 г оксида серебра (аммиачный раствор). Определите состав смеси (в % по массе).