Środki czystości, kosmetyki - zadania ćwiczeniowe Zadanie 1. Przeprowadzono doświadczenie zilustrowane schematem obok. A. Napisz, co zaobserwowano podczas wykonywania tego doświadczenia. W odpowiedzi uwzględnij zmysł wzroku, powonienia oraz dotyku. B. Oceń, do jakich typów związków zaliczysz powstałe produkty. C. Określ, czy powstały produkt rozpuszcza się w wodzie destylowanej. D. Zapisz słownie schemat reakcji chemicznej, jaka miała miejsce podczas wykonywania eksperymentu. Informacja do zadań 2 i 3 Wyższe kwasy karboksylowe ulegają reakcjom chemicznym w analogiczny sposób jak kwasy karboksylowe o krótszych łańcuchach węglowych. Mogą zatem stanowić substrat w reakcjach zobojętniania, których ogólny schemat przedstawia zapis: xr-cooh + M(OH) x (R-COO) x M + xh 2 O gdzie: R - grupa alkilowa, M - symbol metalu, x - wartościowość metalu M. Zadanie 2. Zapisz równania reakcji zobojętniania kwasów palmitynowego i stearynowego za pomocą wodorotlenku potasu oraz podaj nazwy powstających produktów organicznych. Zadanie 3 Zaprojektuj doświadczenie pozwalające na zbadanie odczynu wodnego roztworu stearynianu sodu. W tym celu: A. wymień niezbędne odczynniki, B. narysuj schemat doświadczenia, C. napisz obserwacje, D. napisz w postaci jonowej (tzw. zapis skrócony) równanie odpowiedniej reakcji, a następnie sformułuj odpowiedni wniosek. Zadanie 4. Mydła na skalę przemysłową otrzymuje się w tzw. procesie zmydlania tłuszczów. Tłuszcze naturalne to mieszaniny estrów glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych. Jednym z przykładów tłuszczów może być tripalmitynian glicerolu, którego wzór przedstawiono poniżaj: A. Oblicz masę cząsteczkową tripalmitynianu glicerolu oraz podaj jego masowy skład procentowy. B. Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji zmydlania tripalmitynianu glicerolu za pomocą: a) wodorotlenku sodu; b) wodorotlenku wapnia; c) wodorotlenku glinu. C. Na podstawie informacji wprowadzającej napisz wzory tristearynianu glicerolu oraz trioleinianu glicerolu. Zadanie 5. W skali laboratoryjnej mydła otrzymuje się w reakcjach zobojętniania wyższych kwasów karboksylowych (nasyconych i nienasyconych) odpowiednimi wodorotlenkami. Zaprojektuj doświadczenie pozwalające potwierdzić nienasycony charakter kwasu oleinowego wykorzystywanego w procesie syntezy mydeł na skalę laboratoryjną. W tym celu: A. wymień niezbędne odczynniki; B. narysuj schemat doświadczenia; C. napisz przewidywane obserwacje; D. w oparciu o odpowiednie równanie (równania) zachodzącej reakcji, sformułuj wnioski.
Zadanie 6. Poniżej przedstawiono fragment pochodzący z karty charakterystyki pewnego mydła w płynie. INFORMACJE NA TEMAT PODSTAWOWYCH WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNYCH I CHEMICZNYCH wygląd: ciecz perlista o barwie białej zapach: ph: 5-6 temperatura wrzenia: temperatura topnienia: gęstość: rozpuszczalność w wodzie: charakterystyczny dla detergentów nie określa się < 0 o C 1,00-1,04 g/cm 3 (20 C) nieograniczona A. Określ, jaki jest odczyn analizowanego mydła w płynie. B. Napisz nazwy oraz wzory półstrukturalne trzech przykładowych związków chemicznych (mydeł), które mogą być głównymi składnikami mydła w płynie. C. Korzystając z zakresu gęstości podanego w informacji wprowadzającej, oblicz minimalną oraz maksymalną masę mydła zawartego w butelce o pojemności 0,5 dm 3. Zadanie 7. Uczeń przeprowadził doświadczenie zobrazowane na schemacie obok: A. Określ, jakie obserwacje powinien odnotować uczeń podczas wykonywania doświadczenia. B. Napisz równania (równanie) zachodzących reakcji chemicznych w formie cząsteczkowej, jonowej oraz jonowej skróconej, wiedząc, że uczeń wykorzystał w doświadczeniu palmitynian potasu. C. Zastanów się, czy w życiu codziennym możemy zaobserwować zjawisko występujące w zlewce nr II. D. Podaj przykład jonów innego metalu powodującego podobne zjawisko. E. Opisz krótko wpływ badanego przez ucznia zjawiska na proces mycia i prania. Zadanie 8. Zaprojektuj doświadczenie pozwalające na zbadanie wpływu płynu do mycia naczyń oraz proszku do prania na napięcie powierzchniowe wody (destylowanej). W tym celu: A. sporządź schematyczny rysunek doświadczenia; B. napisz przewidywane obserwacje; C. sformułuj odpowiedni wniosek. Zadanie 9. Związki powierzchniowo czynne są głównymi składnikami każdego szamponu do włosów. Pierwszymi syntetycznymi detergentami (należącymi do grupy jonowych związków powierzchniowo czynnych) zastosowanymi w szamponach były siarczany(vi) alkilów; których wzór ogólny można zapisać w postaci: R-OSO 3 Na, gdzie R oznacza grupę alkilową zawierającą w swojej strukturze od 10 do 12 atomów węgla. Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) siarczanów(vi) alkilowych, które znalazły zastosowanie w produkcji szamponów do włosów, zaznaczając każdorazowo fragment hydrofilowy (głowę) i hydrofobowy (ogon) (załóż, że łańcuchy węglowodorowe mają budowę nierozgałęzioną i zawierają wyłącznie wiązania pojedyncze między atomami węgla).
Zadanie 10. Sole kwasów sulfonowych znajdują zastosowanie jako surfaktanty będące składnikami środków piorących. Wzór ogólny tych soli przedstawiono poniżej: gdzie R to łańcuch węglowodorowy zawierający od 10 do 12 atomów węgla, a M + to kation metalu jednowartościowego. A. Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) soli kwasu sulfonowego, wiedząc, że masa atomów węgla zawartych w jej strukturze wynosi 192 u oraz że liczba atomowa metalu występującego w tej soli jest równa 19, a łańcuch alkilowy jest łańcuchem nierozgałęzionym. B. Oblicz zawartość procentową siarki (procent masowy) w związku chemicznym opisanym w punkcie A. Zadanie 11. Tak zwaną przemijającą twardość wody można łatwo usunąć metodą termiczną - np. poprzez zagotowanie wody w czajniku. Pod wpływem podwyższonej temperatury następuje bowiem rozkład wodorowęglanów wapnia i magnezu. W wyniku rozkładu wodorowęglanu wapnia powstają: nierozpuszczalny w wodzie węglan wapnia, tlenek węgla(iv) oraz woda. Końcowymi produktami rozkładu wodorowęglanu magnezu są: nierozpuszczalny w wodzie wodorotlenek magnezu oraz tlenek węgla(iv)* (* proces rozkładu wodorowęglanu magnezu przebiega etapowo, a opisana tutaj reakcja chemiczna jest reakcją sumaryczną). Napisz w formie cząsteczkowej równania opisanych w informacji wprowadzającej reakcji chemicznych, zachodzących podczas usuwania twardości wody metodą termiczną. Zadanie 12. Uczeń przeprowadził następujące doświadczenie: Przygotował zestaw zgodnie z poniższym schematem: Następnie zamknął obydwie probówki korkami, wytrząsnął ich zawartość i odstawił probówki do statywu na ok 20 minut. A. Opisz krótko, jakie obserwacje powinien odnotować uczeń, wykonując doświadczenie. B. Oceń, jaką rolę spełnił w doświadczeniu roztwór mydła. Zadanie 13. Poniżej przedstawiono wzory półstrukturalne 3 emulgatorów - kationowego (I), anionowego (II) oraz emulgatora niejonowego (III): Na wzorach półstrukturalnych (grupowych) emulgatorów I oraz II zaznacz część hydrofilową (głowę) i hydrofobową (ogon).
Zadanie 14. (przypomnieć sobie wzór na stężenie procentowe) Jedną z codziennie spotykanych emulsji jest mleko, w którym kropelki tłuszczu rozproszone są w roztworze wodnym soli sodu, potasu i wapnia. Rolę emulgatora (umożliwiającego powstanie i stabilizację emulsji poprzez obniżanie napięcia powierzchniowego) odgrywa tutaj białko - kazeina. Zawartość kazeiny w mleku krowim wynosi ok. 2,5 % masowych. A. Oblicz objętość mleka, w jakiej znajduje się 3,5 g kazeiny. Przyjmij, że gęstość mleka wynosi 1,03 g/cm 3. B. Oblicz masę tłuszczów zawartych w wyliczonej w podpunkcie A ilości mleka, wiedząc, że powinny one stanowić ok. 4,8 % masowych mleka krowiego. Zadanie 15. Poniżej podano składniki niezbędne w celu otrzymania kremu tłustego, który jest emulsją typu woda w oleju (w/o): wosk pszczeli - 8,00 g; olej sojowy - 10,00 g; woda destylowana 16,6 g; boraks (Na 2 B 4 O 7 10 H 2 0) - 0,40 g; olej parafinowy 15,00 g. Dodatkowo podczas przygotowywania kremu można wykorzystać wybrane kompozycje zapachowe. Na podstawie: M. Perłowska, Chemia w kosmetologii, ZamKor, Kraków 2012. A. Podziel wymienione składniki kremu tłustego na składniki fazy olejowej i fazy wodnej (załóż, że wszystkie składniki wosku pszczelego rozpuszczają się w tłuszczach. B. Narysuj schemat wyjaśniający budowę emulsji typu woda w oleju (w/o). Zaznacz na nim fazę olejową i fazę wodną oraz część hydrofilową i hydrofobową emulgatora. C. Oblicz procentową zawartość fazy wodnej i olejowej (w procentach masowych) w emulsji, jaką jest krem tłusty, o którym mowa w informacji wprowadzającej. Zadanie 16. Kosmetyki o działaniu nawilżającym to najczęściej emulsje typu olej w wodzie (o/w). Poniżej podano składniki kremu z woskiem na dzień: wodorotlenek potasu - 0,30 g; kwas stearynowy - 4,30 g; lanolina - 0,50 g; gliceryna - 3,00 g; wosk pszczeli - 0,30 g; woda destylowana - 41,6 g. Na podstawie: M. Perłowska, Chemia w kosmetologii, ZamKor, Kraków 2012. A. Podziel wymienione składniki wspomnianego kremu na składniki fazy olejowej i fazy wodnej. B. Narysuj schemat wyjaśniający budowę emulsji typu olej w wodzie (o/w). Zaznacz na nim fazę olejową i fazę wodną oraz część hydrofilową i hydrofobową emulgatora. C. Oblicz procentową zawartość fazy wodnej i olejowej (w procentach masowych) w emulsji, jaką jest krem, o którym mowa w informacji wprowadzającej. Zadanie 17. Ciemny nalot na wyrobach srebrnych to siarczek srebra, powstający wskutek reakcji srebra ze śladowymi ilościami siarkowodoru w obecności tlenu z powietrza (w reakcji tej powstaje również para wodna). W celu usunięcia nalotu należy przedmiot srebrny zanurzyć na 15 minut w roztworze przygotowanym przez rozpuszczenie łyżki octu kuchennego oraz łyżki sody oczyszczonej w litrze wody. Następnie przedmiot oczyszczany należy dokładnie spłukać i przetrzeć miękką szmatką. Podczas omówionych działań zachodzi reakcja chemiczna polegająca na redukcji siarczku srebra do czystego srebra. Na podstawie: P. Figiel, Chemia od kuchni - czyli ciekawe doświadczenia chemiczne w domowym laboratorium, [w:] Zeszyty Studenckiego Ruchu Naukowego Uniwersytetu Humanistyczno-Przyrodniczego Jana Kochanowskiego w Kielcach, 2008. A. Napisz równanie reakcji chemicznej, prowadzącej do powstawania na przedmiotach srebrnych ciemnego nalotu. B. Po wprowadzeniu sody oczyszczonej do octu kuchennego można zaobserwować obfite pienienie się roztworu. Pomiędzy kwasem octowym oraz wodorowęglanem sodu zachodzi reakcja chemiczna, prowadząca do powstania octanu sodu, wody oraz pewnego gazu odpowiedzialnego za wspomniane pienienie. Napisz w formie cząsteczkowej równanie tej reakcji i określ, jaki gaz wydziela się podczas tej reakcji. Zaproponuj sposób jego identyfikacji. W tym celu: a) narysuj schemat doświadczenia; b) napisz przewidywane obserwacje; c) sformułuj odpowiednie wnioski (jeśli to możliwe, napisz równanie zachodzącej reakcji chemicznej).
Zadanie 18. Popularny Kret stosowany w gospodarstwach domowych jako środek do udrażniania rur to preparat, w którego skład wchodzi głównie stały wodorotlenek sodu. Wodorotlenek ten w kontakcie z tłuszczem (który jest składnikiem brudu) prowadzi do jego zmydlenia. Produkty powstające w wyniku zachodzącej reakcji chemicznej można łatwo usunąć za pomocą silnego strumienia wody. Zakładając, że głównym składnikiem brudu jest tripalmitynian glicerolu, zapisz równanie reakcji chemicznej zachodzącej podczas kontaktu tego tłuszczu z preparatem o nazwie Kret. Zadanie 19. Jednym ze składników odrdzewiaczy jest kwas fosforowy(v), który reaguje z głównym składnikiem rdzy - tlenkiem żelaza(iii). Napisz w formie cząsteczkowej równanie wspomnianej reakcji zachodzącej pomiędzy odrdzewiaczem, a głównym składnikiem rdzy. Zadanie 20. Pewien płyn przeciwbakteryjny stosowany do mycia powierzchni ceramicznych oraz urządzeń sanitarnych to roztwór zawierający chloran(i) sodu, w którym stężenie soli zawiera się w przedziale 5-10%. Jest to preparat rozpuszczalny w wodzie i alkoholu etylowym. Gęstość tego płynu wynosi 1,097 g/cm 3, a jego ph jest równe ok. 12. A. Zaprojektuj doświadczenie, które potwierdzi informację producenta o odczynie preparatu. W tym celu: a) narysuj schemat doświadczenia, b) napisz przewidywane obserwacje, c) sformułuj odpowiednie wnioski. B. Oblicz minimalną oraz maksymalną masę chloranu sodu w 0,5 dm 3 analizowanego płynu. Zadanie 21. Do usuwania kamienia kotłowego z czajnika często wykorzystuje się ocet kuchenny. Zawarty w nim kwas octowy (etanowy) reaguje z nierozpuszczalnymi składnikami kamienia kotłowego (węglanem wapnia, węglanem magnezu i wodorotlenkiem magnezu), tworząc rozpuszczalne sole tych metali. Zapisz (w formie cząsteczkowej) równania opisanych wyżej reakcji. Zadanie 22. Głównymi składnikami pewnego proszku do prania, którego 1-procentowy roztwór ma ph równe 11, są: sole sodowe stanowiące ok. 70% masowych proszku, fosforany stanowiące ok 9% masowych proszku oraz niejonowe środki powierzchniowo czynne, których zawartość wynosi ok. 5%. A. Zaznacz, które z poniższych stwierdzeń (I - IV) prawidłowo charakteryzują roztwór tego proszku do prania: I. Roztwór analizowanego proszku do prania ma odczyn kwasowy. II. Roztwór analizowanego proszku do prania ma odczyn zasadowy. III. W roztworze analizowanego proszku do prania stężenie kationów wodoru jest większe od stężenia anionów wodorotlenkowych. IV. W roztworze analizowanego proszku do prania stężenie kationów wodoru jest mniejsze od stężenia anionów wodorotlenkowych. B. Oblicz masy poszczególnych składników analizowanego proszku do prania w 0,45 dm 3 1% - roztworu tego proszku i gęstości 0,97 g/cm 3.
Zadanie 23. Zawartość detergentów w ściekach (w zależności od ich pochodzenia) waha się od kilku do kilkudziesięciu miligramów na decymetr sześcienny (mg/dm 2 ). Ich wpływ na środowisko jest bardzo zróżnicowany w zależności od rodzaju detergentu i rodzaju organizmów żywych, na które działają. Detergenty kationitowe wstrzymują rozwój bakterii nitryfikujących już w stężeniach rzędu setnych części mg/dm 3, podczas gdy detergenty anionitowe działają podobnie w stężeniu 50 mg/dm 3, a detergenty niejonowe dopiero w stężeniu ok. 500 mg/dm 3. Na pewnym obszarze zaobserwowano brak efektów związanych z aktywnością bakterii nitryfikujących, co powiązano z zatrzymaniem ich rozwoju przez detergenty zawarte w ściekach. Po przeprowadzeniu odpowiednich badań stwierdzono, że w 0,002 m 3 ścieków pochodzących z badanego terenu znajduje się 0,104 g detergentów. W oparciu o odpowiednie obliczenia wskaż, do której z grup (detergentów kationitowych, anionitowych czy niejonowych) należą wykryte w ściekach detergenty. Załóż, że w badanych ściekach znajdował się tylko jeden z wymienionych rodzajów detergentów. Zadanie 24. W skład pewnego proszku do prania wchodzą fosforany(v). Zaprojektuj doświadczenie pozwalające na potwierdzenie tej informacji. W tym celu: a) wymień niezbędne odczynniki; b) narysuj schemat doświadczenia; c) napisz przewidywane obserwacje; d) napisz w formie jonowej (tzw. zapis skrócony) równanie odpowiedniej reakcji chemicznej.