Классификация органических и неорганических соединений

В основу классификации положен класс углеводородов с учетом следующих важнейших признаков: строение скелета молекулы; степень насыщенности, определяемая природой связи между атомами углерода; наличие функциональных групп и их природа.

По этой классификации углеводороды делятся на три основных ряда:

· Ациклические соединения;

· Карбоциклические соединения;

· Гетероциклические соединения.

Ациклические соединения – соединения, в молекулах которых содержится незамкнутые, или открытые, цепи углеродных атомов. Например:

сн₃—сн₂—сн₂— сн₂—сн₃

пентан

Карбоциклические соединения — обширная группа органи­ческих веществ, которые содержат циклы, состоящие ив атомов углерода.

Наибольшее значение имеют соединения с шестью атомами углерода в кольце.

Карбоциклические соединения могут быть разделены на две основные группы:

• алициклические соединения - циклические соединения, обладающие свойствами алифатических соединений;

• ароматические соединения, занимающие обособленное положение вследствие специфических свойств бензольного ядра. Алициклические соединения включают:

• циклические углероды и их производные;

• терпеноиды, каротиноиды;

• стероиды.

Например:

н₂ с— сн₂

н₂ с— сн₂

циклобутан

Гетероциклические соединения — соединения, в которых формирование цикла осуществляется не только атомами углерода, но и одним или несколькими атомом и других элементов.

В настоящее время получены гетероциклические соединения с участием большинства элементов периодической системы. Из них наибольшее значение имеют кислород, азот, сера.

Многочисленные гетероциклические соединения играют важную роль в биологии, медицине, косметологии и т.д. Они входят в состав важнейших природных продуктов: красящих веществ крови и растений, нуклеиновых кислот, многих витаминов, анти­биотиков и алкалоидов. Многие яркие высокопрочные синтетические красители (индиго, индантрен) также подержат гетеро­циклические кольца.

Например:

НС—СН

НС—СН

О

фуран

От этих рядов углеводородов могут быть получены различные производные, образованные путем замещения одного или нескольких атомов водорода другими атомами или группами атомов (функциональные группы). Введение этих групп в значительной степени определяет химические свойства соответствующих соединений.

Важнейшие производные углеводородов:

Галогенопроизводные алканов характеризуются наличием одного или нескольких атомов галогена. В зависимости от числа атомов галогена различают моно-, ди- и полигалогеноалканы. Широкое применение в качестве растворителей, медицинских препаратов и промежуточных продуктов в органическом синтезе.

Спирты — вещества, полученные путем замещения одного или нескольких атомов водорода в углеводороде одной или несколькимигидроксильными группами ОН, например С₂Н₅ОН (этиловый спирт), СН₂0Н—СНОН—СН₂ОН (глицерин).

Альдегиды и кетоны — производные углеводородов, содер­жащие функциональную карбонильную группу

О

С

Иногда эту группу называют карбонилом или оксогруппой. Соединения, содержащие ее, относят к классу оксосоединений. В альдегидах карбонильная группа соединена с водородом и ра­дикалом, в кетонах — с двумя радикалами. Отсюда их общая формула:

О

R – С

Н

Альдегиды

О

R – С

R

кетоны

Карбоновые кислоты — вещества, содержащие в молекуле карбоксильную группу СООН, например С₁₅Н₃₁СООН (пальми­тиновая кислота).

Амины - вещества, в молекуле которых содержится амино­группа NH₂илиее производные, например СН₃—NH₂ (метил­амин).

При взаимодействии некоторых простых органических ве­ществ между собой образуются сложные органические соедине­ния; эфиры, жиры, углеводы, белки и др.

Органические соединения широко используются в парфюмерно-косметической промышленности в качестве сырья. Наиболее важными из них являются предельные углеводороды, жиры, альдегиды, кетоны, спирты, белки, жирные кислоты и эфирные масла.

Основными классами неорганических соединений являются оксиды, кислоты, основания, соли.

Оксиды— соединения химических элементов с кислородом. В основном все химические элементы образуют оксиды. Некоторые элементы образуют несколько оксидов, например S0₂ (оксид серы), Вг₂О₇ (оксид брома), Мn₂0₇ (оксид марганца).

Среди кислородных соединений элементов в отдельную группу выделяют пероксиды — производные пероксида водорода Н₂0₂который проявляет слабые кислотные свойства (например, пероксид калия К₂0₂, пороксид натрия Na₂0₂).

По химическим свойствам оксиды делят на три группы: основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды (например, К₂0, CaO, Na₂O) при взаимодействии с кислотными оксидами образуют соли. Основные оксиды щелочных и щелочноземельных металлов могут взаимодействовать с водой с образованием оснований:

СаО + Н₂0 = Са (ОН)₂

Другие основные оксиды обычно с водой не взаимодействуют.

Кислотные оксиды образуют соли при взаимодействии с осно­ваниями или с основными оксидами.

Амфотерные оксиды образуют соли при взаимодействии как с кислотами путем отнятия йоды, так и с основаниями.

В косметической промышленности некоторые оксиды используют в качестве сырья, например амфотерные оксиды ZnO (цинковые белила). Тi0₂ (титановые белила), которые являются наполнителями.

Кислоты. Карбоновыми кислотами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп СООН, соединенных с углеводородным радикалом. Карбоновые кислоты. Как и неорганические кислоты, со спиртами образуют сложные эфиры, в виде которых часто встречаются в природных продуктах.

Уксусная кислота СН₃—СООН (безводная) — жидкость с острым запахом. Смешивается с водой в любых соотношениях. В косметическом производстве применяется как консервант и нейтрализатор щелочи.

Бензойная кислота С₆Н₅—СООН — простейшая одноосновная кислота ароматического ряда. Представляет собой бесцветные кристаллы (пластины). Отличный антисептик. Применяется как дезинфицирующее средство и как консервант.

Щавелевая кислота НООС—СООН — кристаллическое вещество, растворимое в воде. Ядовита. Содержится во многих расте­ниях. Применяется в производстве красящих веществ.

Молочная кислота

СН₃—СН—СООН

ОН

проявляет свойства кислоты и спирта. Образуется при молочнокислом брожении сахаристых веществ. Используется как консервирующее средство и в производстве ухаживающей косметики.

Салициловая кислота НО—C₆H₄—СООН — аналог молочной кислоты в ароматическом ряду. Проявляет свойства кислоты и фенола. Используется как лекарственное вещество и как консервант. В растениях находится в связанном состоянии.

Борная кислота H₃В0₃ — белые кристаллы, растворяющиеся в горячей воде. Является слабой кислотой. Хороший антисептик. Используется в приготовлении лосьонов для ухода за проблемной кожей.

В производстве косметики используют также некоторые высокомолекулярные жирные кислоты — стеариновую, пальмитиновую, миристиновую и др.

Основания- сложные вещества, в состав которых входят атомы металлов, соединенные с одной или несколькими гидроксильными группами ОН. Например, NaOH (гидроксид натрия), КОН (гидроксид калия) и др.

В производстве косметики основания применяются как активизирующее средство (в красителях для волос) и для производства мыла.

Соли — это сложные вещества, образованные атомами металлов и кислотными остатками. Например, бура Na₂B₄O₇ — натриевая соль борной кислоты. Она применяется для смягчения воды, играет роль эмульгатора в косметических препаратах. Бикарбонат аммония NH₄HCO₃ используется в производстве красителей для волос.

Растворы

Растворы имеют важное значение в жизни и практической деятельности человека. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.). Производства, в основе которых лежат химические процессы, обычно связаны с использованием растворов.

Раствором называется твердая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов (составных частей), относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Наиболее важный вид растворов — жидкие растворы.

Всякий раствор состоит из растворенных веществ и раство­рителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распреде­лены в виде молекул или ионов. Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем, конечно, является вода). Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве. Основной признак, характеризующий растворы, — однородность, что делает их похожими на химические соедине­ния. Выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом.

Концентрация раствора — количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя. Растворы с большой концентрацией растворенного вещества называются концентрированными, с малой — разбавленными.

Концентрацию растворов можно выражать по-разному. В химической практике наиболее употребительны следующие способы выражения концентраций:

· в процентах растворенного вещества по отношению ко всему количеству раствора;

· числом грамм-молекул растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора;

· числом грамм-молекул растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя;

· отношением числа грамм-молекул данного вещества к общему числу грамм-молекул всех веществ, имеющихся в растворе;

числом грамм-эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора.

Растворимость — способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества при данных условиях служит концентрация его насыщенного раствора. Поэтому численно растворимость может быть выражена теми же способами, что и концентрация.

По растворимости в воде твердые вещества условно делят на три группы: легкорастворимые, труднорастворимые, практически нерастворимые.

Растворимость в основном зависит от природы вещества. На нее могут влиять температура и давление. Сам процесс раство­рения протекает самопроизвольно и связан с взаимодействием частиц растворимого вещества и растворителя. Чтобы приготовить насыщенный раствор, в воду при неизменной температуре добавляют, постоянно перемешивая, вещество до тех пор, пока оно не выпадет в осадок. В насыщенном растворе между растворителем и растворяемым веществом наступает динамическое равновесие.

Ненасыщенные растворы содержат меньше растворенного вещества, а перенасыщенные - больше, чем насыщенные.

Насыщенными растворами приходится пользоваться сравнительно редко. В большинстве случаев употребляют растворы ненасыщенные, т.е. с меньшей концентрацией растворенного вещества, чем в насыщенном растворе, фактически нерастворимые и малорастворимые вещества, как правило, объединяют в одно понятие — малорастворимые. Растворимость газов обычно характеризуют коэффициентом абсорбции, который выражает объем газа, растворяющегося в одном объеме растворителя с образованием насыщенного раствора.

Водородный показатель. Чистая вода очень плохо проводит электрический ток, но все же обладает измеримой электропроводностью, которая объясняется небольшой диссоциацией воды на ионы водорода и гидроксид-ионы:

Н2О = Н⁺ + ОН^--

Опытным путем установлено, что в 1 л воды при комнатной температуре диссоциации подвергается лишь 10^-7 моль и при этом образуется 10^-7 моль ионов Н⁺ (водорода) и10^-7 моль ионов ОН^— (гидроксид-ионов). Произведение концентрации ионов водорода гидроксид-ионов в воде, называемое ионным произведением воды, при определенной температуре величина постоянная.

Постоянство ионного произведения воды означает, что в любом водном растворе ни концентрация ионов водорода, ни концентрация гидроксид-ионов не может быть равна нулю. Иными словами, любой водный раствор кислоты, основания или соли содержит как ионы Н⁺, так и гидроксид-ионы ОН^—.

Из постоянства ионного произведения следует, что при увеличении концентрации одного из ионов воды соответственно уменьшается концентрация другого иона. Таким образом, кислотность и щелочность раствора можно выражать через концентрацию либо ионов Н⁺, либо ионов ОН^— . На практике пользуются первым способом.

Чтобы избежать неудобств, связанных с применением чисел с отрицательными показателями степени, концентрацию водородных ионов принято выражать через водородный показатель и обозначать символом рН .

Водородным показателем рН называется десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком:

рН= - lg'[H⁺],

где H⁺,— концентрация ионов водорода.

С помощью рН реакция растворов характеризуется как нейтральная при рН, равном 7; кислая — при pНменьше 7; щелочная —при рН больше 7.

Качественно кислотность или щелочность среды определяется с помощью обычных индикаторов (лакмус, фенолфталеин, метиловый, оранжевый).

При работе с химическими веществами парикмахеру важно знать величину рН среды, так как от этого зависит состояние кожи головы и здоровья клиента.

Дисперсные системы

Среди парфюмерно-косметических изделий часто встречаются дисперсные системы, в которых одно вещество равномерно распределено в виде частиц в другом веществе.

Дисперсные системы являются гетерогенными. В них различают дисперсную фазу — раздробленное вещество того или иного размера и формы; дисперсионную среду — однородное вещество, в котором распределена дисперсная фаза.

Дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой называют аэрозолями.

Пенки — дисперсия газа в жидкости, причем в пенках жидкость вырождается до тонких пленок, разделяющих отдельные пузырьки газа.

Эмульсии - дисперсные системы, в которых одна жидкость находится во взвешенном состоянии в другой, не растворяющей ее жидкости.

Низко-дисперсные системы твердых частиц в жидкостях на­зывают суспензиями или взвесями, а предельно высокодисперсные -- коллоидными растворами или золями.

Золи, в которых дисперсной средой является вода, называют гидрозолями, органическая жидкость — органозолями.

В производстве косметики многие продукты представлены эмульсиями (шампуни), взвесями (лак для ногтей), коллоидными растворами (кремы), пенами (моделирующие препараты) и т.д.