Chemia piękna

Tekst
0
Recenzje
Przeczytaj fragment
Oznacz jako przeczytane
Jak czytać książkę po zakupie
Czcionka:Mniejsze АаWiększe Aa

3.5. Zasady

Zgodnie z najstarszą definicją Arrheniusa zasady (wodorotlenki) są to związki chemiczne, które w reakcji dysocjacji elektrolitycznej dysocjują na kation metalu Mn+ (wyjątkiem jest kation amonowy NH4+) oraz ujemnie naładowany jon wodorotlenkowy OH


W ujęciu Lowry’ego–Brönsteda zasadą jest akceptor protonów, natomiast zgodnie z definicją Lewisa, zasadą jest każdy akceptor pary elektronowej. Zasady otrzymujemy przez roztworzenie w wodzie tlenków pierwiastków metalicznych lub amoniaku NH3. W zależności od liczby grup wodorotlenkowych w cząsteczce zasady wyróżniamy zasady mono- (n = 1), di- (n = 2), tri- (n = 3) i ogólnie n-wodorotlenkowe. Zasady można klasyfikować w zależności od ich mocy (podatności na dysocjację jonową) na zasady mocne (KOH, NaOH), średnio mocne [Ca(OH)2] i słabe (NH3aq).

Amoniak (NH3aq), woda amoniakalna, jest to roztwór amoniaku NH3 (gazu) w wodzie. W wyniku roztworzenia powstaje bardzo niewiele jonów


Jest to zatem słaba zasada.

W kosmetyce roztwór amoniaku stosowany jest do zmydlania tłuszczów oraz w formie mydła amonowego do emulgowania tłuszczów, wazeliny i parafiny. W procesie ondulacji stosowany jest razem z kwasem tioglikolowym do redukcyjnego rozszczepienia mostków disulfidowych – S – S – keratyny włosa. Woda amoniakalna zapewnia alkaliczne (pH = 8−8,6) środowisko reakcji.

Wodorotlenek cynku [Zn(OH)2] strąca się w postaci żelu z wodnych roztworów chlorku cynku ZnCl2


Ponieważ Zn(OH)2 daje silnie alkaliczne roztwory o działaniu drażniącym, w kosmetyce cynk stosowany jest w formie octanu, mleczanu lub salicylanu. Pod wpływem wody sole te tworzą Zn(OH)2, który pełni rolę adstringenta, antyseptyka i substancji deodorującej. Stosowany jest do produkcji wód do twarzy, pudrów, preparatów po goleniu i deodorantów. Podobne właściwości i zastosowanie ma wodorotlenek magnezu Mg(OH)2. Adstringenty są to środki ściągające; mają zdolność strącania białka krwi i hamowania krwawienia z drobnych naczyń krwionośnych.

Wodorotlenek glinu [Al(OH)3] otrzymywany jest przez działanie mocnymi zasadami na siarczan(VI) glinu Al2(SO4)3


Al(OH)3 stosowany jest w kosmetyce jako antyhydrotyk i adstringent. Antyhydrotyki są to antyperspiranty, antytranspiranty, substancje wiążące wodę (np. pot). Zapobiegają nadmiernemu poceniu się. Działanie przeciwpotowe Al(OH)3 jest stosunkowo słabe, natomiast związek ten ma dobre właściwości chłonące. Jako adstringent stosowany jest w preparatach do golenia i kremach. Al(OH)3 pełni funkcję substancji ściernej i polerującej w pastach do zębów zawierających związki fluoru (np. NaF). W pastach zawierających CaCO3 jako substancję ścierną obecność związków fluoru prowadzi do strącania się trudno rozpuszczalnego fluorku wapnia CaF2. W konsekwencji przeciwpróchnicze działanie fluoru zanika.

Wodorotlenek litu (LiOH) stosowany jest jako środek do prostowania włosów. Dozwolone stężenie 2% i 4,5% — tylko w zastosowaniach profesjonalnych. Uwaga: substancja żrąca, chronić oczy — może spowodować utratę wzroku, chronić przed dziećmi!

Wodorotlenek potasu (KOH) ma takie same właściwości, zastosowanie w kosmetyce, zakres dozwolonych stężeń i pH jak NaOH. Stosowany jest do zmydlania tłuszczów w celu otrzymania mydła potasowego (szarego).

Wodorotlenek sodu (NaOH) jest to biała, higroskopijna substancja, której wodne roztwory mają dużą wartość pH (bardzo mocna zasada). Stosowany jest do zmydlania tłuszczów w celu otrzymania mydła sodowego (białego). NaOH znajduje się na liście substancji dozwolonych do stosowania wyłącznie w ograniczonych ilościach i warunkach stosowania (Dz. U. 2002 Nr 105, poz. 934, Załącznik Nr 2). W szczególności stosowany jest do

 usuwania skórek wokół paznokci — stężenie 5%(mas.);

 prostowania włosów — stężenie 2%;

 profesjonalnego prostowania włosów — 4,5%;

 regulacji pH w depilatorach — maksymalne pH = 12,7;

 regulacji pH w innych preparatach — maksymalne pH = 11.

Uwaga: substancja żrąca, może spowodować utratę wzroku. Chronić przed dziećmi!

Wodorotlenek wapnia [Ca(OH)2], wapno gaszone, otrzymywany jest przez działanie wody na tlenek wapnia CaO (wapno palone):


Po dodaniu małej ilości wody otrzymuje się biały proszek, zwany wapnem hydratyzowanym. Większa ilość wody daje ciasto wapienne, którego wodna zawiesina nosi nazwę mleka wapiennego; nasycony roztwór Ca(OH)2 tworzy wodę wapienną.

Woda wapienna jest to nasycony, klarowny roztwór Ca(OH)2, zawierający około 1,7 g Ca(OH)2 w 1 L wody. Odczyn roztworu jest zasadowy. Woda wapienna, w połączeniu z solą sodową guanidyny, stosowana jest do prostowania włosów (stężenie — 7%mas.). Ponadto, w połączeniu z kwasem tioglikolowym lub tiomlekowym, znalazła zastosowanie w procesie chemicznej depilacji. Proces prowadzony jest w środowisku silnie alkalicznym o pH = 12 — dopuszczalne stężenie Ca(OH)2 wynosi 7%mas. Uwaga: chronić oczy — może spowodować utratę wzroku!

3.6. Sole

Sole są to substancje, które podczas dysocjacji elektrolitycznej dysocjują na dodatni jon metalu Mn+ (wyjątkiem jest kation amonowy NH4+) oraz ujemnie naładowaną resztę kwasową Xk−


W tej reakcji wartość indeksu p można obliczyć z relacji p = s ⋅ n∕k. Sole powstają w reakcji zobojętniania (neutralizacji) kwasów przez zasady, np. sól — fosforan(V) wapnia — otrzymujemy przez zobojętnienie kwasu fosforowego(V) H3PO4 zasadą wapniową Ca(OH)2


Całkowita dysocjacja Ca3(PO4)2 przebiega zgodnie z podaną regułą


Dalej zostały opisane najważniejsze sole kwasów nieorganicznych o znaczeniu kosmetycznym. Sole kwasów organicznych opisane są w rozdz. 4.

3.6.1. Sole kwasu węglowego

Węglan tlenek bizmutu(III), węglan bizmutylu [(BiO)2CO3] ma właściwości przeciwbakteryjne: blokuje grupy sulfanylowe (tiolowe) enzymów i białek drobnoustrojów. Stosowany jako antyseptyk i adstringent kosmetyczny (środek ściągający).

Węglan cynku (ZnCO3) występuje w formie zasadowego węglanu, o wzorze 2ZnCO3 ⋅ 3Zn(OH)2. Stosowany jako środek czyszczący i polerujący w pastach do zębów.

Węglan magnezu (MgCO3) jest to biała, puszysta substancja, o małej gęstości, słabo rozpuszczalna w wodzie. W mieszaninie z wodorotlenkiem magnezu (MgCO3)4 ⋅Mg(OH)2 ⋅ 5H2O stosowany jako składnik czyszczący past do zębów oraz jako materiał kryjący w preparatach maskujących.

Węglan potasu (K2CO3), potaż. Biały krystaliczny proszek o t.t. 891°C, higroskopijny, rozpuszczalny w wodzie — daje roztwory zasadowe. Krystalizuje w formie hydratów K2CO3 ⋅ 2H2O. Dawniej otrzymywano K2CO3 przez ługowanie — działanie gorącą wodą na popiół po spaleniu drewna. W kosmetyce stosowany jako emulgator do wyrobu kremów i mleczek oraz w produkcji szarych mydeł potasowych.

Węglan sodu (Na2CO3), soda kalcynowana, jest to biały proszek o t.t. 852°C, rozpuszczalny w wodzie — roztwór ma odczyn silnie zasadowy. Krystalizuje w formie dużych, bezbarwnych kryształów (hydratów) Na2CO3 ⋅ 10H2O, na powietrzu wietrzejących i przechodzących w Na2CO3 ⋅ H2O (ostatnią cząsteczkę wody można usunąć w temp. 100°C).

W kosmetyce stosowany jest jako substancja zmiękczająca wodę, dodatek do środków piorących oraz w produkcji białych mydeł sodowych. W połączeniu z wodorowęglanem sodu NaHCO3 tworzy sól mieszaną Na2CO3 ⋅NaHCO3 ⋅ 2H2O, zwaną sodą śnieżną. Substancja ta jest podstawowym składnikiem soli kąpielowych — pod wpływem kwasu (winowego, cytrynowego, adypinowego) zawartego w soli kąpielowej uwalnia ditlenek węgla CO2, który wywołuje lekkie podrażnienie i zaczerwienienie skóry na skutek rozszerzania się kapilarnych naczyń krwionośnych. Czysty węglan sodu nie może być stosowany w solach kąpielowych ze względu na silnie zasadowy charakter roztworów oraz działanie keratolityczne.

 

Wodorowęglan sodu (NaHCO3), soda oczyszczana. Biały proszek rozpuszczalny w wodzie trudniej niż węglan sodu. W temperaturze 100°C przechodzi w Na2CO3 z wydzieleniem wody i ditlenku węgla. W kosmetyce jest stosowany w kompresach, okładach, jako zmywacz, dodatek wybielający w pastach do zębów oraz składnik soli kąpielowych w formie sody śnieżnej.

Węglan wapnia (CaCO3), kreda, biała substancja, słabo rozpuszczalna w wodzie, występuje w skałach wapiennych (wapienie zawierają co najmniej 75% CaCO3) powstałych ze szkieletów i skorupek organizmów, które żyły w morzach i wodach śródlądowych. W kosmetyce stosowany do produkcji pudrów, ze względu na dobre właściwości kryjące, absorbujące oraz dobrą przyczepność. Składnik czyszczący i polerujący w pastach do zębów.

6.2. Sole tlenowych kwasów siarki

Spośród soli tlenowych kwasów siarki największe znaczenie kosmetyczne mają siarczany(IV) i siarczany(VI), peroksosiarczany i tiosiarczany.

Siarczany(VI) są to sole mocnego kwasu siarkowego(VI) H2SO4, o wzorze


W cząsteczce kwasu siarkowego i w jonie siarczanowym orbitale atomowe siarki są zhybrydyzowane (sp3), atomy tlenu są więc tetraedrycznie rozmieszczone wokół atomu siarki.

Siarczany(IV) są to sole słabego kwasu siarkowego(IV) H2SO3, który nie istnieje w stanie wolnym. Anion siarczanowy(IV) ma budowę piramidalną (atom siarki ze zhybrydyzowanymi sp3 orbitalami atomowymi, jedna para elektronowa niewiążąca):


Peroksosiarczany są to sole kwasu Caro (peroksosiarkowego), opisanego w podrozdziale 4.

Tiosiarczany są to sole kwasu tiosiarkowego H2S2O3, który nie występuje w stanie wolnym


Siarczan(VI) baru (BaSO4), białe kryształy o t.t. 1580°C, nierozpuszczalne w wodzie, kwasach i zasadach. Dlatego BaSO4 nie jest trujący, jak inne rozpuszczalne w wodzie sole baru. Występuje w przyrodzie w formie minerału barytu. W kosmetyce stosowany jako podstawa pudrów i substancja zmętniająca.

Siarczan(VI) cynku (ZnSO4) występuje w formie hydratu ZnSO4 ⋅ 7H2O. Ze względu na działanie antyseptyczne, ściągające i deodorujące może być stosowany jako adstringent kosmetyczny. Ze względu na działanie żrące (roztwory wodne są silnie kwasowe) siarczan cynku zastępuje się organicznymi związkami cynku, np. mleczanami, octanami i salicylanami. Stosowane są w produkcji wód do twarzy, pudrów, preparatów po goleniu, deodorantów.

Siarczan(VI) glinu (Al2(SO4)3) jest to biały proszek, rozpuszczalny w wodzie, t.t. 770°C z rozkładem. Z roztworów wodnych krystalizuje w formie hydratu Al2(SO4)3 ⋅ 18H2O, który w temp. 340°C przechodzi w formę bezwodną. W kosmetyce stosowany jako substancja antyhydrotyczna i deodorująca. Ze względu na właściwości drażniące (roztwory wodne mają niskie pH) Al2(SO4)3 zastępowany jest chlorkiem wodorotlenkiem glinu Al2(OH)5Cl ⋅ (2–3)H2O. Substancja ta nie jest alergenem (roztwór 15-procentowy ma pH = 4,3) oraz wykazuje niską toksyczność. Stosowana jest jako antyhydrotyk i adstringent w preparatach po goleniu i wodach do twarzy.

Siarczan(VI) magnezu (MgSO4) w formie hydratu MgSO4 ⋅ 7H2O znany jest pod nazwą „sól gorzka”. Bezbarwne kryształy o gorzkim smaku, rozpuszczalne w wodzie. Ogrzane tworzą minerał kizeryt MgSO4 ⋅ H2O. W lecznictwie stosowany jako środek przeczyszczający. Ma właściwości ściągające, lekko znieczulające, przeciwzapalne. W kosmetyce stosowany jako składnik preparatów po opalaniu (łagodzi skutki oparzeń słonecznych) oraz w solach kąpielowych.

Siarczan(IV) sodu (Na2SO3) jest to biały proszek rozpuszczalny w wodzie. Z roztworów krystalizuje w temperaturze poniżej 37°C w postaci hydratu Na2SO3 ⋅ 7H2O (bezbarwne kryształy). Hydrat traci wodę krystalizacyjną po ogrzaniu. Roztwory wodne mają odczyn zasadowy. W środowisku kwasowym siarczan(IV) sodu wydziela tlenek siarki(IV) SO2 o silnych właściwościach dezynfekujących:


Działanie dezynfekujące SO2 polega na denaturowaniu (ścinaniu) białka drobnoustrojów. Stosowany jako konserwant wyrobów kosmetycznych w stężeniach 0,2% w przeliczeniu na SO2. Ponieważ Na2SO3 w środowisku utleniaczy jest silnym środkiem redukującym, stosowany jest do likwidacji nadmiaru oksydantów (woda utleniona) w procesie rozjaśniania włosów.

Siarczan(VI) wapnia (CaSO4), anhydryt, w formie uwodnionej CaSO4 ⋅ 2H2O występuje jako minerał gips. Podczas ogrzewania traci wodę i w temp. 120–130°C przechodzi w gips palony CaSO4 ⋅ 12H2O, który łatwo chłonie wodę i twardnieje. W kosmetyce stosowany do produkcji pudrów kamiennych, past do zębów, w których pełni funkcję środka ściernego i czyszczącego.

Peroksodisiarczan sodu (Na2S2O8) w roztworach wodnych łatwo rozkłada się z wydzieleniem kwasu Caro, który w procesie dalszej hydrolizy daje kwas siarkowy i nadtlenek wodoru. Nadtlenek wodoru wydziela tlen atomowy o działaniu dezynfekującym. Na2S2O8 jest składnikiem soli kąpielowych. Uwalniany w czasie kąpieli gazowy tlen działa dezynfekująco oraz drażniąco na skórę, na skutek rozszerzania kapilarnych naczyń krwionośnych.

Tiosiarczan sodu (Na2S2O3), antichlor, tworzy bezbarwne kryształy rozpuszczalne w wodzie. Krystalizuje w formie hydratu Na2S2O3 ⋅ 5H2O. Otrzymuje się go przez ogrzewanie siarczanu(IV) sodu z siarką:


Wodne roztwory Na2S2O3 mają pH = 6,5–8, a więc są prawie obojętne. W środowisku kwasowym Na2S2O3 łatwo rozkłada się z wydzieleniem siarki koloidalnej. Stosowany jako środek dezynfekujący w solach kąpielowych, wodach do twarzy oraz w maściach z siarką przy problemach dermatologicznych. Nazwa zwyczajowa antichlor związana jest z właściwościami redukującymi Na2S2O3 — stosowany jest do usuwania nadmiaru chloru Cl2 z roztworu


Ałuny glinowe są to sole podwójne siarczanów(VI) glinu i innych metali (lub amonu) o wzorze ogólnym MAl(SO4)2 ⋅ 12H2O (M = Li, Na, K, NH4). W kosmetyce stosowany jest ałun glinowo-sodowy NaAl(SO4)2 i ałun glinowo-potasowy KAl(SO4)2. Związki te mają właściwości antyhydrotyczne i ściągające. Są składnikami preparatów przeciwpotowych do ciała i stóp. Ponieważ silne działanie ściągające ałunów ułatwia zahamowanie krwawień z małych naczyń, stosowane są również w preparatach po goleniu.

3.6.3. Sole kwasów fosforowych

Największe znaczenie kosmetyczne mają sole kwasu fosforowego (tetraoksofosforowego, dawniej ortofosforowego) H3PO4 i politrioksofosforowego (dawniej metafosforowego) HPO3


oraz difosforowego (dawniej pirofosforowego) H4P2O7, który powstaje w procesie kondensacji kwasu fosforowego:


Fosforan(V) wapnia [Ca3(PO4)2], nierozpuszczalną w wodzie substancję stosuje się w pastach do zębów jako środek czyszczący. Podobne zastosowanie ma wodorofosforan wapnia CaHPO4 (DCP, Imphos, Denttphos K), który występuje w formie gruboziarnistego dihydratu lub drobnoziarnistej soli bezwodnej. Aby ograniczyć możliwość hydrolizy, w wyniku której dochodzi do uwalniania kationów wapnia, do wodorofosforanu wapnia dodaje się fosforanu magnezu Mg3(PO4)2 lub difosforanu sodu Na4P2O7.

Metafosforan(V) sodu (NaPO3), stosowany w kosmetyce w formie polimerów:

 (NaPO3)6, calgon, heksametafosforan jest białym proszkiem, rozpuszczalnym w wodzie, stosowanym do zmiękczania wody w płukankach do włosów i w solach kąpielowych.

 (NaPO3)30−90, sól Grahama, zawiera od 30 do 90 cząsteczek NaPO3. Jest to ciało szkliste, wolno rozpuszczające się w wodzie, z jednoczesną depolimeryzacją. Roztwory są alkaliczne o pH = 8–8,6. Sól ta jest stosowana do zmiękczania wody w kosmetykach i środkach piorących.

 (NaPO3)2000, sól Maddlera, zawiera około 2000 cząsteczek NaPO3. Jest substancją krystaliczną, nierozpuszczalną w wodzie. Stosowana jest jako środek polerujący i czyszczący w pastach do zębów.

Fosforany(V) sodu. W zależności od liczby atomów sodu podstawionych w kwasie fosforowym wyróżniamy: diwodorofosforan sodu NaH2PO4 ⋅ 2H2O (daje roztwory kwasowe pH = 4,5), wodorofosforan disodu Na2HPO4 ⋅ 12H2O (roztwór o stężeniu 1% jest alkaliczny, pH = 9,5), fosforan trisodu Na3PO4 ⋅ 12H2O (roztwór o stężeniu 1% jest silnie alkaliczny, pH = 11,5). Fosforany sodu zmiękczają wodę — z kationami wapnia dają trudno rozpuszczalne w wodzie osady. Wykazują właściwości odtłuszczające — alkaliczne roztwory prowadzą do hydrolizy tłuszczów. Stosowane są jako składniki zmiękczające wodę w solach kąpielowych.

Difosforan sodu (Na4P2O7) jest stosowany pod nazwą Phoskadent Pyro. Tworzy z nadtlenkiem wodoru H2O2 peroksyhydraty Na4P2O7 ⋅ H2O2, które w procesie hydrolizy uwalniają tlen. Peroksyhydraty stosowane są jako składnik soli kąpielowych.

3.6.4. Sole kwasu azotowego(V)

Sole kwasu azotowego(V) HNO3 noszą nazwę azotanów. HNO3 można otrzymać przez rozpuszczenie w wodzie pentatlenku diazotu N25, który jest bezwodnikiem kwasu azotowego(V)


W stężonych roztworach HNO3 występuje w formie pseudokwasu, w którym atom wodoru związany jest z resztą cząsteczki niejonowo. W roztworach rozcieńczonych następuje całkowita dysocjacja cząsteczki HNO3 na jon wodorowy H+ i jon azotanowy NO3.

 

Azotan(V) tlenek bizmutu(III), czyli azotan bizmutylu (BiONO3), substancja przeciwdrobnoustrojowa, której aktywność polega na blokowaniu sulfanylowych (tiolowych) grup enzymów i białek drobnoustrojów. Stosowana jako antyseptyczny adstringent kosmetyczny (środek ściągający). Wykazuje ponadto właściwości złuszczające i wchodzi w skład preparatów przeciw piegom.

Azotan(V) srebra (AgNO3) (łac. lapis infernalis — kamień piekielny). Biała substancja czerniejąca na świetle z wydzieleniem srebra atomowego, rozpuszczalna w wodzie. Ma właściwości antyseptyczne. Stosowany w formie pałeczek lub tabliczek do przyżegania (punktowego wypalania narośli skórnych) oraz do barwienia brwi i rzęs — dopuszczalne stężenie wynosi 4%. Uwaga: w przypadku dostania się do oczu natychmiast przepłukać dużą ilością wody!

3.6.5. Sole tlenowych kwasów boru, chloru, bromu i jodu

Boraks (Na2B4O7) tworzy bezbarwne kryształy rozpuszczalne w wodzie, krystalizuje w formie hydratu Na2B4O7 ⋅ 10H2O. Występuje w stanie naturalnym w Tybecie i Kalifornii. Roztwory mają odczyn alkaliczny o pH = 9–10. Boraks jest często stosowany w kosmetyce, oprócz bowiem słabego działania przeciwgrzybiczego zmniejsza sekrecję gruczołów łojowych, a jednocześnie reguluje odczyn preparatu. Dlatego poza solami kąpielowymi boraks stosuje się w mydłach i pudrach do cery tłustej, preparatach przeznaczonych do pielęgnacji stóp, emulsjach oraz środkach do trwałej ondulacji. Dopuszczalne stężenie boraksu w środkach kąpielowych wynosi 18% mas. (w przeliczeniu na kwas borowy), a w środkach do trwałej ondulacji — 8%. Uwaga: nie stosować do kąpieli dzieci poniżej 3 roku życia; dokładnie spłukać! Boraks stosowany jest również do zmiękczania wody. Po rozpuszczeniu w wodzie tworzy anion B4O5(OH)42− o strukturze pierścieniowej:


Peroksoboran sodu (NaBO3), bezbarwne kryształy, trudno rozpuszczalne w wodzie, krystalizuje jako hydrat NaBO3 ⋅ 4H2O. Występuje w formie adduktu metaboranu sodu NaBO2 i wody utlenionej H2O2 o wzorze NaBO2 ⋅ H22 ⋅ 3H2O. Wodne roztwory są alkaliczne, natomiast po zakwaszeniu lub w temp. powyżej 40°C uwalniają tlen atomowy, który działa odkażająco. Substancja zawiera 10% aktywnego tlenu. Stosowana jest w solach kąpielowych, jako utleniacz w preparatach do ondulacji, do rozjaśniania skóry (rozkłada melaninę), w liposomach do dotleniania skóry.

Chloran(I) sodu (NaClO), dawna nazwa podchloryn sodu, sól kwasu chlorowego(I) HClO, otrzymywanego przez rozpuszczenie chloru w wodzie. NaClO ma działanie dezynfekujące, związane z wydzielaniem chloru i reaktywnego tlenu atomowego:


Bromian(V) potasu (KBrO3), sól sodowa kwasu bromowego(V) HBrO3, stosowana jako utleniacz w preparatach do ondulacji.

Jodan(V) sodu (NaIO3), sól sodowa kwasu jodowego(V) HIO3, składnik saletry chilijskiej (do 0,1%). W preparatach kosmetycznych stosowany jako konserwant, o dopuszczalnym stężeniu 0,1%. Konserwujące działanie NaIO3 związane jest z jego właściwościami utleniającymi.