Реферат: Химия вокруг нас

--PAGE_BREAK--Спички


Высекание искр при ударе камня о кусок пирита FeS2и 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 XVIIIв. 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 XIXв. 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 К2СО3 и высушенных квасцов K2
SO4 ∙
Al2(
SO4)3.Кнему 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, КгСг2О7, 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, Fe2Оз); 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 К2Сr2О7 уступает бертолетовой соли КСlO3, но зажигательные составы, содержащие первый окислитель, воспламеняются значительно легче. Кроме того, хромпик улучшает качество шлака.

Пиролюзит MnO2играет двойную роль: катализатора разложения бертолетовой соли и источника кислорода. Оксид железа (III) Fe2
O3также 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 0C, а температура их воспламенения лежит в пределах 180 – 200 0С.

Фосфорная (терочная) масса также является



    продолжение
--PAGE_BREAK--Бумага и карандаши


Сохранились документы, указывающие на то, что в 105 г. н. э. министр китайского императора организовал производство бумаги из растений с добавками тряпья. Около 800.г. такая бумага получила широкое распро­странение в Китае, а также на Ближнем Востоке. Зна­комство с бумагой европейцев связано с крестовыми походами на Ближний Восток — в Сирию, Палестину, Северную Африку, организованными западно-европейскими феодалами и католической церковью (первый по­ход состоялся в 1096—1099 гг.). В эпоху раннего средне­вековья (до начала крестовых походов) для письма в Европе использовался главным образом папирус. В Ита­лии им пользовались еще в XIIв.

Письменность же была известна в Египте и Месо­потамии с конца IVи начала IIIтысячелетия до н. э., т. е. задолго до изобретения бумаги. Как уже было отме­чено, основными предшественниками бумаги как мате­риала, на которое наносилось письмо, были папирус и пергамент.

Растение папирус (Cyperus
papyrus) произрастает в Египте в болотистой местности около реки Нила. Сте­бель растения очищали от коры и луба и из белоснеж­ного материала нарезали тонкие полосы. Их укладывали слоями вдоль и поперек, а затем механическим давле­нием выжимали из них растительный сок. Этот сок сам обладает способностью склеивать полосы папируса. Позд­нее для скрепления полос стали применять клей, при­готовленный из невыделанных шкур или муки. После высушивания на солнце получающиеся листы шлифовали камнем или кожей. Папирус для письма стали изготов­лять около 4000 лет назад. Считают, что и название бумаги (papiera) происходит от слова папирус.

Пергамент — это невыделанная, но освобожденная от волос и обработанная известью звериная, овечья или козлиная кожа. Так же, как и папирус, пергамент — прочный и долговечный материал. Хотя бумага менее прочна и долговечна, она более дешева и потому более доступна для широкого использования.

Волокна целлюлозы в древесине связаны между собой лигнином. Для удаления лигнина и освобождения от него целлюлозы проводят варку древесины. Распростра­ненным способом варки является сульфитный. Он был разработан в США в 1866 г., а первый завод по данной технологии был построен в Швеции в 1874 г. Широкое промышленное значение способ получил с 1890 г                                                                                                                                                                                                             По этому способу для отделения лигнина и некоторых других веществ, содержащихся в древесине, последняя варится в сульфитном щелоке, который состоит из Са(НSОз)2, H2
SO3и SO2.

Для обеспечения прочности соединения частиц пиг­ментов с бумагой-основой требуются связующие. Часто их роль выполняют вещества, обеспечивающие проклей­ку бумаги. В качестве минеральных пигментов широко используют каолин — землистую массу, близкую по составу к глинам, но по сравнению с последними характеризующуюся пониженной пластичностью и повы­шенной белизной. Одним из старейших наполнителей является карбонат кальция (мел), потому такие бумаги и назвали мелованными. К известным пигментам также относятся диоксид титана ТiO2и смесь гидроксида кальция Са(ОН)2 (гашеной извести) и сульфата алюми­ния A12(SO4)3. Последний, по существу, является смесью сульфата кальция CaSO4и гидроксида алюминия А1(ОН)з, которые получаются в результате обменной реакции.

Для изготовления рабочей части графитового каран­даша готовят смесь графита и глины с добавкой не­большого количества гидрированного подсолнечного мас­ла. В зависимости от соотношения графита и глины получают грифель различной мягкости — чем больше графита, тем более мягкий грифель. Смесь перемеши­вают в шаровой мельнице в присутствии воды в течение 100 ч. Приготовленную массу пропускают через фильтр-прессы и получают плиты. Их подсушивают, а затем из них выдавливают на шприц-прессе стержень, который режут на части определенной длины. Стержни в спе­циальных приспособлениях высушивают и исправляют возникшую кривизну. Затем их обжигают при темпера­туре 1000—1100°С в шахтных тиглях.

В состав грифелей цветных карандашей входят као­лин, тальк, стеарин (широкому кругу людей он известен как материал для изготовления свечей) и стеарат кальция (кальциевое мыло). Стеарин и стеарат кальция являются пластификаторами. В качестве связывающего материала используют карбоксиметилцеллюлозу. Это клей, используемый для наклейки обоев. Здесь его также предварительно заливают водой для набухания. Кроме того, в грифели вводят соответствующие краси­тели, как правило, это органические вещества. Такую смесь перемешивают (вальцуют на специальных маши­нах) и получают в виде тонкой фольги. Ее измельчают и полученным порошком набивают пистолет, из которого и шприцуют смесь в виде стержней, которые режут на куски определенной длины и затем сушат. Для окраски поверхности цветных карандашей используют те же пиг­менты и лаки, которыми обычно окрашивают детские игрушки. Подготовку деревянной оснастки и ее обработ­ку проводят так же, как и для графитовых карандашей.

Стекло
История стекла уходит в глубо­кую древность. Известно, что в Египте и Месопотамии его умели делать уже 6000 лет назад. Вероятно, стекло начали изготавливать все же позже, чем первые керамические изделия, так как для его производства требовались более высокие температуры, чем для обжига глины. Если для простейших керами­ческих изделий было достаточно только глины, то в состав стекла необходимо минимум три компонента.

В стекловарении используют только самые чистые разновидности кварцевого песка, в которых общее ко­личество загрязнений не превышает 2—3 %. Особенно нежелательно присутствие железа, которое даже в нич­тожных количествах (десятые доли %) окрашивает стекло в зеленоватый цвет. Если к песку добавить соду Na2
CO3, то удается сварить стекло при более низкой температуре.(на 200—300°). Такой расплав будет иметь менее вязкий (пузырьки легче удаляются при варке, а изделия легче формуются). Но! Такое стекло растворимо в воде, а изделия из него подвергаются разрушению под влиянием атмосферных воздействий. Для придания стеклу нерастворимости в воде в него вводят третий компонент — известь, известняк, мел. Все они характе­ризуются одной и той же химической формулой — СаСО3.

Стекло, исходными компонентами шихты которого яв­ляется кварцевый песок, сода и известь, называют натрий-кальциевым. Оно составляет около 90 % получае­мого в мире стекла. При варке карбонат натрия и карбонат кальция разлагаются в соответствии с урав­нениями:
Na2CO3  →  Na2O + CO2

СаСОз
→ СаО
+ СО
2



В результате в состав стекла входят оксиды SiO2, Na2
Oи СаО. Они образуют сложные соединения — силикаты, которые являются натриевыми и кальциевыми солями кремниевой кислоты.

В стекло вместо Na2
Oс успехом можно вводить К2О, а СаО может быть заменен MgO, PbO, ZnO,
BaO. Часть кремнезема можно заменить на оксид бора или оксид фосфора (введением соединений борной или фосфорной кислот). В каждом стекле содержится немного глинозема Аl2О3, попадающего из стенок стекловаренного сосуда. Иногда его добавляют специально. Каждый из перечис­ленных оксидов обеспечивает стеклу специфические свойства. Поэтому, варьируя этими оксидами и их коли­чеством, получают стекла с заданными свойствами. Напри­мер, оксид борной кислоты В2О3 приводит к понижению коэффициента теплового расширения стекла, а значит, делает его более устойчивым к резким температурным изменениям. Свинец сильно увеличивает показатель преломления стекла. Оксиды щелочных металлов увели­чивают растворимость стекла в воде, поэтому для хими­ческой посуды используют стекло с малым их содержа­нием.

Окраску стекла осуществляют введением в него окси­дов некоторых металлов или образованием коллоидных частиц определенных элементов. Так, золото и медь при коллоидном распределении окрашивают стекло в красный цвет. Такие стекла называют золотым и медным рубином соответственно. Серебро в коллоидном состоянии окра­шивает стекло в желтый цвет. Хорошим красителем является селен. В коллоидном состоянии он окрашивает стекло в розовый цвет, а в виде соединения CdS• 3CdSe— в красный. Такое стекло называют селеновым рубином. При окраске оксидами металлов цвет стекла зависит от его состава и от количества оксида-красителя. Например, оксид кобальта(II) в малых количе­ствах дает голубое стекло, а в больших — фиолетово-синее с красноватым оттенком. Оксид меди (II) в натрий-кальциевом стекле дает голубой цвет, а в калиево-цинковом — зеленый. Оксид марганца (II) в натрий-кальциевом стекле дает красно-фиолетовую окраску, а в калиево-цинковом — сине-фиолетовую. Оксид свинца (II) усиливает цвет стекла и придает цвету яркие оттенки.

Существуют химические и физические способы обес­цвечивания стекла. В химическом способе стремятся все содержащееся железо перевести в Fe3+. Для этого в шихту вводят окислители — нитраты щелочных металлов, шиоксид церия СеО2, а также оксид мышьяка (III) AS2
O3и  оксидсурьмы(III) Sb2
O3. Химически обесцвеченное стекло лишь слегка окрашено (за счет ионов Fe3+) в желтовато-зеленоватый цвет, но обладает хорошим светопропусканием. При физическом обесцвечивании в состав стекла вводят «красители», т. е. ионы, которые окрашивают его в дополнительные тона к окраске, создаваемой ионами железа, — это оксиды никеля, ко­бальта, редкоземельных элементов, а также селен. Диок­сид марганца MnO2обладает свойствами как химиче­ского, так и физического обесцвечивания. В результате двойного поглощения света стекло становится бесцвет­ным, но его светопропускание понижается. Таким обра­зом, следует различать светопрозрачные и обесцвечен­ные стекла, поскольку эти понятия различны.

В некоторых дворцах, парадных зданиях и культовых сооружениях в Европе в мелкие ячейки в оконных прое­мах вставляли пластинки слюды, которые ценились очень дорого. В домах простых людей для этой цели использо­вались бычий пузырь и промасленная бумага или ткань. В середине XVIв. даже во дворцах французских королей окна закрывались промасленным полотном или бумагой. Лишь в середине XVIIв. при Людовике XIVв окнах его дворца появилось стекло в виде маленьких квадра­тиков, вставленных в свинцовый переплет. Листовое стек­ло большой площади долго не умели получать. Поэтому даже в XVIIIв. застекленные окна имели мелкий пере­плет. Обратите внимание на реставрированные здания петровской эпохи, например на Меньшиковский дворец в Санкт-Петербурге. Однако вернемся к истокам производ­ства оконного стекла.

В конце средневекового периода в Европе начали широко применять «лунный» способ изготовления листо­вого стекла. В его основу также был положен метод выдувания. При этом способе вначале выдувался шар, затем он сплющивался, к его дну припаивалась ось, а около выдувательной трубки заготовка обрезалась. В результате получалось подобие вазы с припаянной ножкой-осью. Раскаленная «ваза» вращалась с большой скоростью вокруг оси и под действием центробежной силы превращалась в плоский диск. Толщина такого диска была 2—3 мм, а диаметр доходил до 1,5 м. Далее диск отделялся от оси и отжигался. Такое стекло было гладким и прозрачным. Характерная его особенность — наличие в центре диска утолщения, которое специалисты называют «пупком». Лунный способ производства сделал листовое стекло доступным для населения. Однако на смену ему уже в начале XVIIIв. пришел другой более совершенный «халявный» способ, который использовался во всем мире почти в течение двух столетий. По сущест­ву, это было усовершенствование средневекового способа выдувания, в результате которого получался цилиндр. «Халявой» называли формируемую массу стекла на кон­це выдувной трубки. Она доходила до 15—20 кг и из нее в итоге получались листы стекла площадью до 2—2,5 м2.

Мелкие стеклянные изделия делают матовыми обра­боткой фтороводородной (плавиковой) кислотой. Послед­няя взаимодействует с диоксидом кремния, находящимся на поверхности, с образованием летучего тетрафторида кремния SiF4в соответствии с уравнением

SiO2+ 4
HF=
SiF4+ 2
H2
O
Фотохромные стекла изменяют окраску под действием излучения. В настоящее время получили распростра­нение очки со стеклами, которые при освещении темнеют, а в отсутствие интенсивного освещения вновь становятся бесцветными. Такие стекла применяют для защиты от солнца сильно остекленных зданий и для поддержания постоянной освещенности помещений, а также на транс­порте. Фотохромные стекла содержат оксид бора В2О3, а светочувствительным компонентом является хлорид се­ребра AgClв присутствии оксида меди(I) Cu2
O. При освещении происходит процесс
<img width=«177» height=«24» src=«ref-1_631036205-335.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">

Выделение атомарного серебра приводит к потемнению стекла. В темноте реакция протекает в обратном направ­лении. Оксид меди(I) играет роль своеобразного ката­лизатора.

Хрусталь, хрустальное стекло — это силикатное стек­ло, содержащее различное количество оксида свинца. Часто на маркировке изделия указывается содержание свинца. Чем больше его количество, тем выше качество хрусталя. Хрусталь характеризуется высокой прозрач­ностью, хорошим блеском и большой плотностью. Изде­лия из хрусталя в руке чувствуются по массе.

Строго хрусталем называют свинцово-калиевое стек­ло. Хрустальное стекло, в котором часть КгО заменена на Na2
O,а часть РbОзаменена на CaO,
MgO,
BaOили ZnO, называют полухрусталем.

Считают, что хрусталь был открыт в Англии в XVIIстолетии.

Кварцевое стекло. Его получают плавлением чистого кварцевого песка или горного хрусталя, имеющих состав SiO2. Для изготовления кварцевого стекла требуется очень высокая температура (выше 1700 °С).

Расплавленный кварц обладает высокой вязкостью и из него трудно удаляются пузырьки воздуха. Поэтому кварцевое стекло часто легко узнается по заключенным в нем пузырькам. Важнейшим свойством кварцевого стекла является способность выдерживать любые темпе­ратурные скачки. Например, кварцевые трубы диаметром 10—30 мм выдерживают многократное нагревание до 800—900 °С и охлаждение в воде. Брусья из кварцевого стекла, охлаждаемые с одной стороны, сохраняют на противоположной стороне температуру 1500 °С и потому используются в качестве огнеупоров. Тонкостенные изделия из кварцевого стекла выдерживают резкое охлажде­ние на воздухе от температуры выше 1300 °С и потому с успехом используются для высокоинтенсивных источни­ков света. Кварцевое стекло из всех стекол наиболее прозрачно для ультрафиолетовых лучей. На этой проз­рачности отрицательно сказываются примеси оксидов ме­таллов и особенно железа. Поэтому для производства кварцевого стекла, идущего на изделия для работы с ультрафиолетовым излучением, предъявляются особо жесткие требования к чистоте сырья. В особо ответ­ственных случаях кремнезем очищается переводом в тетрафторид кремния SiF4(действием плавиковой кислоты) с последующим разложением водой на диоксид кремния SiO2и фтороводород HF.

Кварцевое стекло прозрачно и в инфракрасной об­ласти.

Ситаллы — стеклокристаллические материалы, полу­чаемые регулируемой кристаллизацией стекла. Стекло, как известно, — это твердый аморфный материал. Его самопроизвольная кристаллизация в прошлом приносила убытки на производстве. Обычно стекломасса довольно стабильна и не кристаллизуется. Однако при повторном нагревании изделия из стекла до определенной температу­ры стабильность стекломассы снижается и она переходит в тонкозернистый кристаллический материал. Технологи научились проводить процесс кристаллизации стекла, исключая что растрескивание.

Ситаллы обладают высокой механической прочностью и термостойкостью, водоустойчивы и газонепроницаемы, характеризуются низким коэффициентом расширения, высокой диэлектрической проницаемостью и низкими ди­электрическими потерями. Они применяются для изготов­ления трубопроводов, химических реакторов, деталей насосов, фильер для формования синтетических волокон, в качестве футеровки электролизных ванн и материала для инфракрасной оптики, в электротехнической и элект­ронной промышленности.

Прочность, легкость и огнестойкость обусловили при­менение ситаллов в жилищном и промышленном строи­тельстве. Из них изготавливают навесные самонесущие панели наружных стен зданий, перегородки, плиты и блоки для внутренней облицовки стен, мощения дорог и тротуаров, оконные коробки, ограждения балконов, лестничные марши, волнистую кровлю, санитарно-техническое оборудование. В быту с ситаллами чаще встре­чаются в виде белой непрозрачной жаростойкой кухон­ной посуды. Установлено, что ситаллы выдерживают около 600 резких тепловых смен. Изделия из ситаллов не царапаются и не прогорают. Их можно снять с плиты в раскаленном до красна состоянии и опустить в ледяную воду, извлечь из холодильника и поставить на открытое пламя, не опасаясь растрескивания или разрушения.

Ситаллы — один из видов стеклокристаллических ма­териалов, которые ведут свою историю всего лишь с 50-х годов текущего столетия, когда был выдан на них первый патент.

Пеностекло — пористый материал, представляющий собой стеклянную массу, пронизанную многочисленными

пустотами. Оно обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами, небольшой плотностью (примерно в 10 раз легче кирпича) и высокой прочностью, сравнимой с бетоном. Пеностекло не тонет в воде и потому используется для изготовления понтонных мостов и спасательных принадлежностей. Однако его главная область примене­ния — строительство. Пеностекло является исключи­тельно эффективным материалом для заполнения внут­ренних и наружных стен зданий. Оно легко поддается механической обработке: пилением, резанием, сверле­нием и обтачиванию на токарном станке.

Стеклянная вата и волокно. При нагревании стекло размягчается и легко вытягивается в тонкие и длинные нити. Тонкие стеклянные нити не имеют и признаков хрупкости. Их характерным свойством является чрезвы­чайно высокое удельное сопротивление разрыву. Нить диаметром 3—5 мкм имеет сопротивление на разрыв 200—400 кг/мм2, т. е. приближается по этой характе­ристике к мягкой стали. Из нитей изготавливают стекло­вату, стекловолокно и стеклоткани. Не трудно догадаться об областях использования этих материалов. Стекловата обладает прекрасными тепло- и звукоизоляционными свойствами. Ткани, изготовленные из стеклянного волок­на, обладают чрезвычайно высокой химической стойко­стью. Поэтому их применяют в химической промышлен­ности в качестве фильтров кислот, щелочей и химически активных газов. Вследствие хорошей огнестойкости стеклоткани применяют для пошива одежды пожарных и электросварщиков, театральных занавесей, драпировок, ковров и т. п. Стеклоткани кроме огнестойкости и химической стойкости обладают также высокими электроизо­ляционными

Посуда из стекла. Качество посуды зависит от соста­ва стекла, способа ее выработки и характера декора­тивной обработки. Самым дешевым стеклом является

кальциево-натриевое. Для посуды улучшенного качества используют кальциево-натриево-калиевое стекло, а для посуды высших сортов — кальциево-калиевое. Самые лучшие сорта посуды изготавливают из хрусталя.

Посудные изделия вырабатывают выдуванием или прессованием. Выдувание, в свою очередь, бывает ма­шинным и ручным. Способ выработки, естественно, отражается на качестве посуды. Сложные по форме и художественные изделия изготавливают только ручным способом. Прессованные изделия легко отличаются от выдутых характерными мелкими неровностями на поверх­ности, в том числе и на внутренней. На выдутых изделиях они отсутствуют.

    продолжение
--PAGE_BREAK--Мыла и моющие средства


Мыло было известно человеку до новой эры летоисчисления. Ученые не располагают информацией о начале приготов­ления мыла в арабских странах и Китае. Самое раннее письменное упоминание о мыле в европейских странах встречается у римского писателя и ученого Плиния Старшего (23—79 гг.). В трактате «Естественная исто­рия» (в 37 томах), который, по существу, был энцикло­педией естественно-научных знаний античности, Плиний писал о способах приготовления мыла омылением жиров. Мало того, он писал о твердом и мягком мыле, полу­чаемом с использованием соды и поташа соответственно. Раньше для стирки одежды использовали щелок, полу­чающийся от обработки золы водой. Скорее всего это было до того, как стало известно, что зола от сжигания топлива растительного происхождения содержит по­таш.

Несмотря на то что в конце эпохи средневековья в разных странах существовала довольно развитая мыловаренная промышленность, химическая сущность процессов, конечно, была не ясна. Лишь на рубеже XVIIIи XIXвв. была выяснена химическая природа жиров и внесена ясность в реакцию их омыле­ния. В 1779 г. шведский химик Шееле показал, что при взаимодействии оливкового масла с оксидом свинца и водой образуется сладкое и растворимое в воде вещество. Решающий шаг на пути изучения химиче­ской природы жиров был сделан французским хими­ком Шеврелем. Он открыл стеариновую, пальмитино­вую и олеиновую кислоты, как продукты разложения жиров при их омылении водой и щелочами. Сладкое вещество, полученное Шееле, было Шеврелем названо глицерином. Сорок лет спустя Бертло установил приро­ду глицерина и объяснил химическое строение жиров. Глицерин — трехатомный спирт. Жиры — сложные эфиры глицерина (глицериды) тяжелых одноосновных карбоновых кислот, преимущественно пальмитиновой СНз(СН2)14СООН, стеариновой СН3(СН2)16COOHи оле­иновой СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН. Их формулу и реакцию гидролиза можно описать следующим об­разом:
CH2OOCR1                    R1COONa    CH2OH

|                                                              |

CHOOCR2 + 3NaOH→R2COONa + СНОН

|                                                              |

CH2OOCR3                                R3COONa      CH2OH

жир                                    соли              глице-

                                            кислот           рин
В состав различных жиров входят в различных соотно­шениях пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и другие кислоты. В растительных (жидких) жирах преобладают непредельные кислоты (содержащие этиленовые связи), а в животных (твердых) —- предельные кислоты, т. е. не содержащие двойных связей. Потребности в твердых животных жирах большие, чем в растительных. Поэтому жидкие растительные жиры переводят в твердые ката­литической гидрогенизацией. В этом процессе остатки непредельных кислот в глицеридах превращаются (при­соединением водорода) в остатки предельных кислот. Например,

<img width=«561» height=«25» src=«ref-1_631036540-830.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">

Именно так получают кулинарные жиры, масло для обжаривания, салатное масло, а также жиры, идущие на производство маргарина. Гидрированные жиры назы­вают саломаслами (сало из масла).
Если попытаться дать определение, то мытьем можно назвать очистку загрязненной поверхности жидкостью, содержащей моющее вещество или систему моющих веществ. В качестве жидкости в быту используют глав­ным образом воду. Хорошая моющая система должна выполнять двойную функцию: удалять загрязнение с очи­щаемой поверхности и переводить его в водный раствор. Значит, моющее средство также должно обладать двой­ной функцией: способностью взаимодействовать с загряз­няющим веществом и переводить его в воду или водный раствор. Следовательно, молекула моющего вещества должна иметь гидрофобную и гидрофильную части. Фобоспо-гречески означает страх, боязнь. Значит, гидрофобность означает боящийся, избегающий воду. Филео — по-гречески — люблю, а гидрофильность — лю­бящий, удерживающий воду. Гидрофобная часть молеку­лы моющего вещества обладает способностью взаимо­действовать с поверхностью гидрофобного загрязняю­щего вещества. Гидрофильная часть моющего вещества взаимодействует с водой, проникает в воду и увлекает с собой частицу загрязняющего вещества, присоединен­ную к гидрофобному концу.

В производстве мыла давно используют канифоль, которую получают при переработке живицы хвойных деревьев. Канифоль состоит из смеси смоляных кислот, содержащих в цепи около 20 углеродных атомов. В ре­цептуру хозяйственного мыла обычно вводят 12—15 % канифоли от массы жирных кислот, а в рецептуру туалет­ных мыл — не более 10 %. Введение канифоли в больших количествах делает мыло мягким и липким.

Процесс производства мыла состоит из химической и механической стадий. На первой стадии (варка мыла) получают водный раствор солей натрия (реже калия) жирных кислот или их заменителей (нафтеновых, смоля­ных). На второй стадии проводят механическую обра­ботку этих солей — охлаждение, сушку, смешивание с различными добавками, отделку и упаковку.

Варку мыла заканчивают обработкой мыльного раст­вора (мыльного клея) избытком щелочи (NaOH) или раствором NaCl. В результате этого на поверхность раствора всплывает концентрированный слой мыла, на­зываемый ядром. Полученное таким образом мыло назы­вают ядровым, а процесс его выделения из раствора — отсолкой или высаливанием. При высаливании происхо­дит повышение концентрации мыла и его очистка от белковых, красящих и механических примесей — так по­лучают хозяйственное мыло.

Особое место среди наполнителей занимает сапонин, получаемый выщелачиванием некоторых растений и прежде всего мыльного корня. Он хорошо растворяется в воде и его растворы сильно пенятся. Поэтому сапонин используют для улучшения пенообразования и приме­няют для дорогих сортов мыл.

Кроме использования мыла в качестве моющего сред­ства оно широко применяется при отделке тканей, в про­изводстве косметических средств, для изготовления поли­ровочных составов и водоэмульсионных красок. Имеется и не столь безобидное его применение. Алюминиевое мыло (алюминиевые соли смеси жирных и нафтеновых кислот) применяют в США для получения некоторых видов напалма — самовоспламеняющегося состава, ис­пользуемого в огнеметах и зажигательных авиабомбах. Само слово напалм происходит от начальных слогов нафтеновой и пальмитиновой кислот. Состав напалма довольно простой — это бензин, загущенный алюминие­вым мылом.

В настоящее время химическая промышленность вы­пускает большое количество различных синтетических моющих средств (стиральных порошков). Наибольшее практическое значение имеют соединения, содержащие насыщенную углеводородную цепь из 10—15 атомов углерода, так или иначе связанную с сульфатной или сульфонатной группой, например
Производство синтетических моющих средств основано на дешевой сырьевой базе, а точнее на продуктах переработки нефти и газа. Они, как правило, не образуют малорастворимых в воде солей кальция и магния.

Следовательно, многие из синтетических моющих средств одинаково хорошо моют как в мягкой, так и в жесткой воде. Некоторые средства пригодны даже для стирки в морской воде. Синтетические моющие средства действуют не только в горячей воде, как это характерно для хозяйственного мыла, но и в воде при сравнительно низких температурах, что важно при стирке тканей из искусственных волокон. Наконец, концентрация синтети­ческих моющих веществ даже в мягкой воде может быть гораздо ниже, чем мыла, полученного из жиров. Синте­тические моющие средства обычно представляют доволь­но сложную композицию, поскольку в них входят раз­личные добавки: оптические отбеливатели, химические отбеливатели, ферменты, пенообразователи, смягчители.

    продолжение
--PAGE_BREAK--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, Са2Р2О7, 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 NaFи фторида олова (II) SnF2. Существуют две точки зрения на влияние фторидных ионов на укрепление эмали зуба. 1. Ионы F<img width=«11» height=«20» src=«ref-1_631037370-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027"> 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.
Дезодоранты и озоновый «щит» планеты.

Дезодоранты — это средства, устраняющие неприятный запах пота. На чем основано их действие? Пот выделяется особыми железами, расположенными в коже на глубине 1—3 мм. У здоровых людей на 98—99 % он состоит из воды. С потом из организма выводятся продукты метаболизма: мочевина, мочевая кислота, ам­миак, некоторые аминокислоты, жирные кислоты, холе­стерин, в следовых количествах белки, стероидные гормо­ны и др. Из минеральных компонентов в состав пота входят ионы натрия, кальция, магния, меди, марганца, железа, а также хлоридные и иодидные анионы. Неприят­ный запах пота связан с бактериальным расщеплением его составляющих или с окислением их кислородом воздуха. Дезодоранты (косметические средства от пота) бывают двух типов. Одни тормозят разложение выводи­мых с потом продуктов метаболизма путем инактивации микроорганизмов или предотвращением окисления продуктов потовыделения. Действие второй группы дезодо­рантов основано на частичном подавлении процессов потовыделения. Такие средства называют антиперспиранами. Этими свойствами обладают соли алюминия, цин­ка, циркония, свинца, хрома, железа, висмута, а также формальдегид, таннины, этиловый спирт. На практике из солей в качестве антиперспиранов чаще всего исполь­зуют соединения алюминия. Перечисленные вещества взаимодействуют с компонентами пота, образуя нерастворимые соединения, которые закрывают каналы потовых желез и тем самым уменьшают потовыделение. В оба ти­па дезодорантов вводят отдушки.

Концентрация озона в атмосфере зависит от содержания оксидов азота и фторхлорметанов. Оксиды азота постоянно присутствуют в низких концентрациях в результате фотохимического взаимодействия азота и кислорода. Оксид азота (II) разрушает озон, а оксид азота (IV) связывает атомарный кислород в соответствии с уравнениями

О
3
+ NO → NO2 + О
2

  
NO2+
O→
NO+ О2   

Оз
+
О →
2
О
2

Таким образом, оксиды азота играют роль катализаторов в разложении озона.

За 4,6 млрд. лет существования нашей планеты установилось равновесие, и жизнь на Земле возникла и развилась при определенном равновесном составе атмосферы. Однако интенсивное развитие сверхзвуковой авиации начинает оказывать влияние на создавшееся в атмосфере равновесие. Поскольку сверхзвуковые самолеты предназначены для полетов в стратосфере, верхний предел которой подходит к «озоновому» слою, то появляется опасность влияния сверхзвуковой техники на этот слой. При сгорании топлива в двигателях самолетов в довольно больших количествах образуются оксиды азота.

Другим источником опасности озоновому слою являются фторхлорметаны (главным образом CF2
CI2и CFCl3). Эти вещества широко используют в баллонах в аэрозольной упаковке, а также в качестве хладоагентов в промышленных и бытовых холодильниках.
Косметические средства.

В мире считается, что среди наиболее прибыльных отраслей промышленности на од­ном из первых мест стоит косметическая. Наблюдения показывают, что если нужно, то женщины могут отказать себе во многом, только не в том, что сделает их хотя бы чуточку красивее.

Искусство косметики уходит в далекое прошлое. Так, при раскопках найдены египетские мумии, ногти которых раскрашены. В усыпальницах египетских пирамид обнаружены натуральные краски и косметические инструменты, различные плитки для приготовления смеси красок и румян, сосуды для хранения мазей и масел. Найден письменный документ — папирус Эберса, в котором изложены косметические правила и рецепты. Его написание относят к пятому тысячелетию до новой эры.

Древние рукописи свидетельствуют, что уже тысячи лет назад женщины Востока подкрашивали веки в голубой цвет тончайшей пыльцой из толченой бирюзы. Бирюза — это природный минерал, имеющий состав СuА16(РО4)4(ОН)8∙4Н2О.

С незапамятных времен для подкрашивания бровей использовался мягкий природный минерал — сурьмяный блеск Sb2
S3. В русском языке было выражение «сурьмить брови». Сурьмяный блеск поставлялся в различные страны арабами, которые называли его стиби. От этого назва­ния и пошло латинское стибиум, означавшее в древности не химический элемент, а его сульфид Sb2
S3. Природный сурьмяный блеск имеет цвет от серого до черного с синей или радужной побежалостью.

Достоверно известно, что в России косметические краски применялись в конце XVIи особенно широко в XVIIв.

Промышленность выпускает перламутровые губные помады и кремы, а также шампуни с перламутровыми блесками. Перламутровый эффект в косметических средствах создается солями висмутила ВiOС
lи BiO(
NO3) или титанированной слюдой — перламутровым порошком, содержащим около 40 %
ТiO2. Давно известны жемчужные или испанские белила. Их основным компонентом является BiO(
NO3)2, образующийся при растворении нитрата висмута Bi(
NO3)з в воде. В косметике эти белила используют для приготовления белого грима.

Для создания специальных косметических средств (гримов) применяют оксид цинка ZnO, получаемый прокаливанием основного карбоната (ZnOH)2
CO3. В медицине его используют в присыпках (в качестве вяжущего, подсушивающего, дезинфицирующего средства) и для изготовления мазей.

Косметические декоративные пудры — многокомпо­нентные смеси. В них входят: тальк, каолин, ZnO, TiO2, MgCO3,крахмал, цинковые и магниевые соли стеариновой кислоты, а также органические и неорганические пигменты, в частности Fe2
O3. Тальк придает пудре сыпучесть и скользящий эффект. Его недостатком является способность впитываться в кожу и придавать жирный блеск. Тем не менее, в состав пудр он входит в количестве до 50—80 %. Каолин обладает высокой укрывистостью и способностью впитывать избыток жировых выделений кожи. Его повышенная гигроскопичность способствует слеживаемости и неравномерному распределению пудры на коже, поэтому каолин вводят не более 25 %. Оксиды цинка и титана обладают хорошей укрывистостью. Кроме того, оксид цинка обладает антисептическими свойствами и потому одновременно выполняет роль дезинфицирующей добавки. Эти оксиды вводят в пудры до 15 %. В больших количествах они приводят к сухости кожи. Крахмал придает коже бархатистость, а благодаря стеаратам цинка и магния пудра хорошо удерживается на коже и делает ее гладкой.

Компактная пудра в отличие от рассыпной содержит связующие добавки: натрийкарбоксиметилцеллюлозу, высшие жирные кислоты, воски, многоатомные спирты и их эфиры, минеральные и растительные масла. Они позволяют получать при прессовании брикеты определенной формы, которые сохраняют прочность при длительном употреблении.

В быту в качестве дезинфицирующего и отбеливающего средства широко используют растворы (3, 6, 10 %-ные) пероксида водорода. Более концентрированный — 30%-ный раствор пероксида водорода — называют пергидролем, Пероксид водорода — неустойчивое (особенно на свету) химическое соединение. Оно разлагается на воду и кислород:

2Н2О2 = 2Н2О
+ О2

В момент образования кислород находится в атомарном состоянии и лишь затем переходит в молекулярный:

2О = О2

Атомарный кислород обладает особенно сильным окислительным свойством. Благодаря ему растворы пероксида водорода разрушают красящие вещества и отбеливают ткани из хлопчатобумажных и шерстяных тканей, шелк, перья, волосы. Способность пероксида водорода обесцвечивать волосы используют в косметике. Она основана на взаимодействии атомарного кислорода с красящим веществом волос меланином — смесью сложных органических веществ. При окислении меланин переходит в бесцветное соединение. Следует помнить, что пергидроль вызывает ожоги кожи и слизистых оболочек.

В настоящее время для окраски волос имеется большой ассортимент различных органических красителей.

<img width=«3» height=«72» src=«ref-1_631037443-79.coolpic» v:shapes="_x0000_s1026"><img width=«2» height=«137» src=«ref-1_631037522-81.coolpic» v:shapes="_x0000_s1027">Иногда же для этой цели применяют соли серебра, меди, никеля, кобальта, железа. В таком случае крашение волос осуществляют при помощи двух растворов. Один из них содержит соли данных металлов: нитраты, цитраты, сульфаты или хлориды, а второй — восстановители: пирогаллол, таннин и др. При смешении этих растворов ионы металлов восстанавливаются до атомов, которые и осаждаются на поверхности волос.

Наиболее распространенный лак для ногтей представляет раствор нитроцеллюлозы в органических растворителях. Нитроцеллюлозу получают нитрованием целлюлозы (хлопковой или древесной) смесью азотной и серной кислот. Она является сложным эфиром азотной кислоты и характеризуется общей формулой [С6Н7О2(ОН)3-X(О
NO2)
X]
N. В качестве растворителей используют амиловый эфир уксусной кислоты, ацетон, различные спирты, этиловый эфир, а также их смеси. В лак добавляют пластификаторы — касторовое масло или другие экстракты, которые препятствуют обезжириванию ногтей и предохраняют их ломкость.

    продолжение
--PAGE_BREAK--Химия в земледелии


Земля как планета солнечной системы существует около 4,6 млрд. лет. Считают, что жизнь на ней зародилась 800—1000 тыс. лет назад. Ученые обнаружили следы деятельности первобытного человека, возраст которых оценивается 600—700 тыс. лет. Эра земледелия насчитывает всего лишь 17 тыс. лет.

За многомиллионные эпохи вода, воздух, а затем и живые организмы разрушали и измельчали каменные породы земной коры. Отмирая, живые организмы образовывали перегной или, как его называют ученые, гумус. Он смешивался с измельченной породой, склеивал и цементировал ее. Так зарождалась почва на нашей планете. Первая почва послужила основой развития последующих более крупных растений, которые, в свою очередь, способствовали новому ускоренному образованию гумуса. Еще с большим ускорением процесс почвообразования стал протекать с появлением животных, особенно населявших почвенный слой. Превращению органического вещества в гумус способствовали различного рода бактерии. Образование и распад органических веществ в почве считается главной причиной почвообразования.

Таким образом, почва состоит из минеральной и органической (гумуса) частей. Минеральная часть составляет от 90 до 99 % и более от всей массы почвы. В ее состав входят почти все элементы периодической системы Д. И. Менделеева

Почва как ионообменник из катионов«заряжена» главным образом ионами кальция Са2+, в меньшей мере — магния Mg2+и еще в меньшей мере ионами аммония NH<img width=«11» height=«24» src=«ref-1_631037603-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">,натрия Na+и калия К+. Ионы кальция Са2+ и магния Mg2+способствуют поддержанию прочной струк­туры почвы. Под структурностью почвы работники сельского хозяйства понимают ее способность распадаться на отдельные комочки. Ионы К+ или NH<img width=«11» height=«24» src=«ref-1_631037603-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029"> и особенно Na+, напротив, способствуют разрушению структурных агрегатов почвы и усиливают вымывание гумуса и минеральных веществ. Во влажном состоянии такая почва становится липкой, а в сухом — превращается в глыбы, не поддающиеся обработке (солонец). Вытекающая из такой почвы вода имеет цвет чайного настоя, что указывает на потерю гумуса.

Важное значение играет химическое связывание почвой анионов некоторых кислот. Нитратные NO<img width=«11» height=«25» src=«ref-1_631037779-86.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030"> и хлоридные Сl<img width=«11» height=«20» src=«ref-1_631037370-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031"> анионы не дают малорастворимых соединений с катионами, обычно содержащимися в почве.


Напротив, анионы фосфорной, угольной, серной кислот образуют с ионами кальция малорастворимые соединения. Это и обусловливает химическую поглотительную способность почв.
Навоз.

В навозе в среднем содержится 0,5 % связанного в химические соединения азота, 0,25 % фосфора и 0,6 % калия. Содержание этих питательных элементов зависит от вида скота, характера скармливаемых кормов, от вида подстилки и других факторов. Кроме азота, фосфора и калия навоз содержит все элементы, включая и микроэлементы, необходимые для жизни растений. В качестве подстилки используют солому, опилки, но наилучшей считается торф. Подстилка позволяет лучше сохранять в навозе питательные вещества.
Минеральные удобрения.

В мире минеральные удобрения начали применять сравнительно недавно. Инициатором и активным поборником их использования в земледелии был немецкий химик Юстус Либих. В 1840 г. он выпустил в свет книгу «Химия в приложении к земледелию». В 1841г. по его почину в Англии была построена первая суперфосфатная установка. Калийные удобрения начали производить в 70-х годах прошлого века. Минеральный азот в то время поставлялся в почву с чилийской селитрой. Следует отметить, что в настоящее время считают рациональным вносить в почву фосфорные, калийные и азотные удобрения в отношении питательных веществ, примерно равном 1:1,5:3.

Азотсодержащие минеральные удобрения подразделяют на аммиачные, нитратные и амидные. К первой группе относится сам аммиак NНз(безводный и водные растворы) и его соли — прежде всего сульфат (NH4)2
SO4и хлорид аммония NH4
CI.Ко второй группе селитры: натриевая NaNO3, калиевая KNO3и кальциевая Ca(
NO3)2. Промышленностью также выпускаются аммиачно-нитратные удобрения, например аммиачная селитра NH4
NO3. К амидным удобрениям относятся цианамид кальция СаСN2и мочевина (карбамид) NH2
CONH2. Для уменьшения пыления цианамида кальция часто к нему добавляют до 3 % нефтяных масел. В результате такое удобрение имеет запах керосина. Цианамид кальция при гидролизе дает аммиак и карбонат кальция:

СаС
N2 + 3H2O = СаСОз + 2NH3

Природа создала много кладовых фосфорного сырья, в том числе и в нашей стране. Эти кладовые состоят из апатитов и фосфоритов. В группе минералов под общим названием апатиты наиболее распространены фосфаты состава Са5Х(РО4)з, где X=
F<img width=«11» height=«20» src=«ref-1_631037370-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">,Cl<img width=«11» height=«20» src=«ref-1_631037370-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">, ОН
<img width=«11» height=«20» src=«ref-1_631037370-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">. Соответствующие минералы называют фторапатитом, хлорапатитом, гидроксидапатитом. Наиболее распространен фторапатит. Апатиты входят в состав изверженных магматических пород. Осадочные породы, в которых содержится апатит с включениями частичек посторонних минералов (кварца, кальцита, глины и др.), называют фосфоритами.

В организме растений калий регулирует процесс дыхания, способствует усвоению азота и повышает накопление белков и Сахаров в растениях. Для зерновых культур калий увеличивает прочность соломы, а у льна и конопли повышает прочность волокна. Калий повышает стойкость озимых хлебов к морозам и к перезимовке и овощных культур к ранним осенним заморозкам. Недостаток калия у растений проявляется на листьях. Их края приобретают желтую и темно-коричневую окраску с красными крапинками.
Другие макроэлементы, входящие в питательные вещества.

Как уже было отмечено, почвы быстрее всего истощаются азотом, фосфором и калием. Кроме них растениям необходимы в довольно больших количествах и другие химические элементы: кальций, магний, сера, железо. Их содержание в почвах часто близко к потребностям растений и их вынос с товарной продукцией относительно невысок.
Микроудобрения.

Микроудобрениями называют питательные вещества, которые содержат химические элементы, потребляемые растениями в очень малых количествах. В настоящее время выявлена биологическая роль в жизни растительных и животных организмов бора, меди, марганца, молибдена и др. Удобрения, содержащие эти микроэлементы, получили соответствующие названия.

    продолжение
--PAGE_BREAK--Свеча и электрическая лампочка


В настоящее время покупка свечи доступна каждому почти так же, как спички. Однако так было далеко не всегда. В начале прошлого века на Руси свечи ценились очень дорого и в домах простых людей обычно горела лучина или лампада с маслом. Керосиновые лампы появились позже. О щедрости людей судили по тому, какого размера свечу зажигал человек при посещении церкви.

В прошлом веке производство свечей было развитой отраслью промышленности. Существовали описания технологий производства и их химической сущности. В частности, такой труд в 1851г. был написан преподавателем Петербургского технологического института Н. Виттом.

Из его книги мы узнаем, что свечи были восковые, сальные, стеариновые, спермацетные и весьма дорогие парафиновые. О том, из каких материалов готовились свечи, будет рассказано ниже. Однако не сразу об этом. Нельзя не вспомнить, что в середине прошлого века великий английский ученый Майкл Фарадей выступил с лекцией на тему. «История свечи». Это был вдохновенный гимн творению человека и природы. Лекция была переведена на русский язык и часть ее опубликована. Автор рекомендует каждому, кто интересуется физикой и химией, прочитать это выдающееся творение.

Вероятно, первые свечи были восковые. Пчелиный воск — это дар природы и свеча из него могла быть изготовлена самым примитивным способом. Гораздо позже воск стали очищать. Технология опять же была весьма простой. Это достигалось плавлением воска и фильтрованием в расплавленном состоянии через ткань. Для отбелки воска, в зависимости от возможностей, использовали костяной уголь, диоксид серы или хлор.

Следует отметить, что с американских континентов в Европу завозился растительный воск. Он применялся для изготовления свеч взамен пчелиного, однако был гораздо дороже и потому не выдерживал конкуренции.

Нити для свечей проваривались в течении нескольких часов в щелоке, приготовленном из поташа и жженой извести. Затем следовало промывание водой и отбели­вание хлорной известью.

Под стеарином вначале понимали два различных продукта, извлекаемых из говяжьего и бараньего сала. Один из них получали удалением из сала жидкостей прессованием. Твердый остаток и называли стеарином. Другой продукт получали химической обработкой сала вначале известью, а затем серной кислотой. По существу, это был гидролиз жиров (глицеридов) с последующим выделением смеси кислот: стеариновой, пальмитиновой и небольшого количества непредельных кислот.

Стеариновая кислота СН3(СН2)16СООН была открыта в сале в 1816г. французским химиком Шеврелем. Вместе с Гей-Люссаком в 1825г. он взял в Англии привилегию на приготовление стеариновых свеч.

Стеариновые свечи оказались дешевле, чем восковые. Однако русская церковь долго не соглашалась заменять восковые свечи на стеариновые. Одной из причин было то, что восковые свечи при сгорании издавали приятный запах.

Сальные свечи готовили из вытопленного сала, которое затем очищали механически (процеживанием через ткань) или химически (глиноземом или дубильными веществами) и обесцвечивали так же, как и воск. При горении сальные свечи сильно коптили.

Спермацет для спермацетных свечей извлекали из полостей, находящихся в голове китов. Он освобождался от сопутствующих жидких масел выжиманием холодным или горячим прессованием. Если была необходимость, то проводилась очистка посредством мыльного щелока. Свечи, изготовленные из спермацета, отличались белизной и полупрозрачностью. Однако они имели и недостаток. При горении со временем оплывали.

В текущем столетии, до истребления китов, дефицитный спермацет использовали главным образом как основу для кремов и различных мазей, а также в качестве высококачественного смазочного масла для прецизионных инструментов.

Парафиновые свечи вначале были довольно дорогими, так как парафин извлекали при перегонке дегтя растительных веществ. Затем в Англии его начали добывать из торфа. Однако и в том и другом случае он получался лишь в небольших количествах. Коренное изменение произошло с налаживанием крупномасштабной переработки нефти. Сейчас — это один из наиболее доступных нефтехимических продуктов. Парафин — смесь предельных углеводородов С18—С35. Смесь предельных углеводородов С36—С55 называют церезином. Современные свечи со­стоят из смеси парафина и церезина.

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.

Известно, что интенсивность излучения тела возрастает пропорционально четвертой степени абсолютной температуры. Это следует из закона Стефана — Больцмана. Следовательно, повышение температуры вольфрамовой нити электрической лампочки всего на 100° с 24001 до 2500 °С приводит к увеличению светового потока] на 16 %. Кроме того, с увеличением температуры в общем потоке излучения увеличивается доля видимого света. Это явление отражается законом Вина, т.е. с увеличением температуры нити накаливания растет свете отдача, а значит, увеличивается экономичность лампочки. Повышению температуры мешает разогревание стеклянного баллона и испарение нити. Снизить разогревание баллона можно созданием в нем вакуума. Эти» путем уменьшается теплопроводность от нити до стекла. Однако в вакууме будет усиливаться испарение нити. Это будет приводить к ее утоньшению и, в конце концов, нить перегорит. Заполнение баллона инертным газом, например азотом, препятствует испарению нити и тем больше, чем тяжелее молекулы заполняющего газа. Оторвавшиеся от нити атомы вольфрама будут ударяться о молекулы газа, их путь до стенок баллона будет удлинен, а некоторые атомы могут вернуться к нити. Чем тяжелее молекулы заполняющего газа, тем больше они будут препятствовать испарению нити накаливания. Так, частичная замена азота на аргон позволяет увеличивать температуру вольфрамовой нити до 2600—2700 °С. Полностью заменить азот на аргон нельзя, так как последний обладает сравнительно высокой электрической проводимостью и появится опасность возникновения электрической дуги между молибденовыми держателями. Еще лучше предохраняют вольфрамовую нить от разрушения более тяжелые благородные газы — криптон и ксенон. Они позволяют поднять температуру нити до 2800 °С и снизить объем газового баллона. Заполнение ими ламп взамен аргона позволяет получить на 15 % больше светоотдачу, увеличить вдвое срок службы нити накаливания и на 50 % сократить объем баллона.

Для увеличения срока службы электрических ламп накаливания в баллон добавляют небольшое количество иода. Он выполняет роль собаки, охраняющей отару овец. В зоне с температурой приблизительно 1600 °С иод взаимодействует с оторвавшимися от нити атомами вольфрама, переводя их в соединение Wl2. При хаотическом движении рано или поздно молекула иодида вольфрама (II) попадает в область более высоких температур, где она продиссоциирует в соответствии с уравнением

WI2→
W+ 2
l

Таким образом, иод возвращает атомы вольфрама в зону, окружающую нить и, следовательно, препятствует ее испарению. В йодных лампах на стенках стеклянного баллона не бывает и следов темного налета металлического вольфрама. По этой причине светоотдача таких ламп со временем не снижается, а срок службы увеличивается.

    продолжение
--PAGE_BREAK--