5.5 Применение

Определения и обозначения

Этанол — одноатомный спирт, применяемый в медицине, пищевой и парфюмерной промышленности, химическом производстве и как топливо. Он нужен там, где требуется растворить разные вещества, обработать поверхность или получить продукт химического синтеза. В пищевых продуктах используют только этанол, предназначенный для таких целей и соответствующий требованиям безопасности.

Метанол — простейший одноатомный спирт, используемый прежде всего как промышленное сырьё и растворитель. Он помогает получать другие химические продукты и растворять некоторые вещества, но крайне токсичен. Поэтому метанол нельзя считать заменителем пищевого этанола или применять в медицинских целях.

Глицерин — трёхатомный спирт с тремя гидроксильными группами в молекуле. Он вязкий, гигроскопичный (то есть поглощает влагу из окружающей среды) и способен смягчать кожу. Эти свойства объясняют его применение в косметике, фармацевтике и пищевой промышленности.

Фенол — органическое соединение, в котором гидроксильная группа связана с бензольным кольцом. Его используют в производстве пластмасс, красителей, лекарственных веществ и дезинфицирующих средств. Из-за токсичности и раздражающего действия фенол чаще служит сырьём для синтеза, а не веществом для непосредственного применения.

Как это устроено

Молекула этанола содержит полярную гидроксильную группу и углеводородную часть, поэтому он способен растворять вещества разной природы и смешиваться с водой. Этим объясняется его применение в парфюмерии, химической промышленности и при изготовлении некоторых лекарственных форм. Этанол испаряется, что полезно при обработке поверхностей: после применения растворитель не остаётся надолго. Способность гореть позволяет использовать его как топливо или добавку к топливу, а в подходящей концентрации — как компонент антисептиков.

Метанол тоже хорошо смешивается с водой и растворяет ряд веществ, поэтому он удобен в промышленности. Кроме того, из него получают другие вещества, необходимые для производства материалов и химических продуктов. Но строение, сходное с этанолом, не означает сходства безопасности: метанол сильно ядовит и опасен при попадании в организм. Поэтому его применение требует контроля, а пищевые и медицинские области для него исключены.

В глицерине три гидроксильные группы, способные взаимодействовать с водой. Благодаря этому он поглощает и удерживает влагу, а его высокая вязкость помогает создавать густые составы. В косметике глицерин используют для смягчения кожи, а в фармацевтике — как компонент мазей и других препаратов. Его добавляют и в пищевые продукты, а также используют как исходное вещество при получении взрывчатых веществ; это промышленный процесс, а не безопасный способ самостоятельного применения.

Фенол способен вступать в реакции, позволяющие превращать его в полезные для производства соединения. Поэтому его ценят как сырьё для получения смол и пластмасс, а также красителей и лекарственных веществ. Фенол обладает дезинфицирующим действием, но токсичен и раздражает ткани, так что непосредственное применение ограничено. В промышленности его используют с соблюдением правил защиты и контроля.

Спирты и фенол важны не только сами по себе: их молекулы могут служить исходными веществами органического синтеза. Изменяя ход реакций и условия производства, химики получают материалы с заданными свойствами — например, нужной прочностью, растворимостью или устойчивостью. Этанол и метанол могут выступать сырьём, а фенол используют для синтеза смол и других продуктов. Так свойства исходного вещества помогают создавать соединения для топлива, медицины, косметики и производства полимеров.

Применение спиртов и фенола

Сначала найдите в таблице нужное вещество, затем сопоставьте его свойства с подходящей областью применения. Последний столбец напоминает, что полезность вещества не отменяет риска. При выборе важно учитывать не только свойства, но и назначение продукта и меры безопасности.

Разбор задач

Задача 1. Составьте перечень областей применения этанола и объясните, какое его свойство полезно в каждой из них. Начните с того, какие свойства вещества используются при приготовлении растворов и обработке поверхностей. Затем сопоставьте их с применением в медицине, парфюмерии, химическом производстве и топливе.

1. Как растворитель этанол полезен в парфюмерии и химическом производстве, потому что растворяет многие вещества и смешивается с водой.
2. В медицине его применяют в составе антисептических средств: он помогает обрабатывать поверхности, а летучесть способствует испарению после обработки.
3. В пищевой промышленности используют этанол, предназначенный для пищевых целей; он может служить компонентом продукции и растворителем ароматических веществ.
4. В качестве топлива или добавки к нему этанол применяют благодаря горючести. Для любого применения учитывают концентрацию, назначение и правила безопасности.

Ответ: этанол применяют в медицине, пищевой и парфюмерной промышленности, химическом производстве и как топливо. Растворяющая способность, смешиваемость с водой, летучесть и горючесть объясняют его пользу в этих областях.

Задача 2. Определите, какие из метанола, этанола и глицерина могут входить в состав антифризов. Обоснуйте выбор, учитывая температуры замерзания, смешиваемость с водой и токсичность. Важно не ограничиваться тем, что вещество смешивается с водой: добавка должна снижать температуру замерзания раствора, а её опасность должна быть приемлемой для конкретного применения.

1. Проверьте, смешивается ли вещество с водой и может ли водный раствор замерзать при более низкой температуре, чем чистая вода. Для спиртов такие растворы применимы в качестве незамерзающих смесей.
2. Этанол способен смешиваться с водой и понижать температуру замерзания раствора, поэтому его можно рассматривать как компонент таких смесей.
3. Метанол также образует водные растворы с пониженной температурой замерзания, но его высокая токсичность делает обращение с ним особенно опасным и ограничивает применение.
4. Глицерин смешивается с водой и тоже может понижать температуру замерзания смеси. При выборе для конкретного антифриза дополнительно учитывают вязкость, требуемую температуру и безопасность.

Ответ: по свойству понижать температуру замерзания водного раствора могут подходить все три вещества. Однако токсичность метанола — серьёзное ограничение, а окончательный выбор зависит от назначения смеси и её рабочих свойств.

Задача 3. Среди продуктов — пластмасса, краситель, лекарственное вещество и топливо — определите, какие можно получить с использованием фенола и этанола. Затем выберите безопасную область их применения, не смешивая работу с сырьём и непосредственное использование вещества. Нужно установить, какие соединения служат исходными веществами, и отдельно учесть их опасность.

1. Свяжите фенол с получением смол и пластмасс, красителей и некоторых лекарственных веществ: в этих процессах он выступает химическим сырьём.
2. Этанол используют как топливо или его компонент. Он также может быть исходным веществом для органического синтеза, но это не означает, что любой продукт реакции безопасен без проверки.
3. Отличайте конечный продукт от реагента: пластмассу или лекарственное вещество оценивают по их собственным свойствам, а работу с фенолом проводят с учётом его токсичности.
4. Выберите непосредственное применение с понятным назначением и контролируемыми условиями. Например, этанол может служить компонентом топлива, а фенол безопаснее рассматривать как сырьё для производства, а не как бытовое средство.

Ответ: фенол используют для получения пластмасс, красителей и лекарственных веществ; этанол применяют как компонент топлива. Безопасность конечного продукта и процесса оценивают отдельно, а токсичный фенол используют только при контролируемом производстве.

Типичные ошибки

Считать, что любой спирт можно употреблять внутрь. Слово «спирт» в быту часто связывают с этанолом, но в химии оно обозначает целый класс веществ. Поэтому название класса не гарантирует пищевую безопасность: метанол, например, чрезвычайно ядовит. Проверяйте, о каком именно соединении идёт речь и для какого назначения оно произведено.

Считать метанол заменителем пищевого спирта. Эту ошибку провоцируют сходство названий и формул метанола и этанола. Их свойства и опасность для организма различаются, а метанол нельзя использовать для пищи или медицинских целей. Проверка простая: уточните название вещества, а не делайте вывод по слову «спирт».

Называть фенол безопасным антисептиком без ограничений. Его дезинфицирующее действие не отменяет токсичности и раздражающего влияния на ткани. Ошибка возникает, если учитывать только полезный эффект и забывать об опасности. Проверяйте, какое именно средство применяется, каково его назначение и какие меры защиты нужны.

Перечислять области применения, не объясняя свойств. Сам список не показывает, почему вещество используют именно так, и может привести к неверным выводам. Например, растворяющая способность этанола объясняет его применение в растворах, а горючесть — использование как компонента топлива. Проверяйте каждую связь вопросом: какое свойство делает это применение возможным?

Связь с другими темами

Чтобы понять применение спиртов и фенола, нужны знания об их строении, классификации, физических и химических свойствах. Тема опирается на реакции окисления, горения и этерификации, а также на представление о промышленном органическом синтезе. Позже эти знания помогут разбираться в полимерах, топливах, лекарственных веществах и косметике. Они также нужны, чтобы оценивать токсичность веществ и экологические последствия их производства и использования.

Что запомнить

• Этанол применяют как растворитель, антисептик, компонент топлива и сырьё.
• Метанол — ценное промышленное сырьё, но чрезвычайно токсичен.
• Глицерин применяют благодаря вязкости, гигроскопичности и способности удерживать влагу.
• Фенол используют главным образом для получения смол, пластмасс, красителей и лекарств.
• Область применения органического вещества определяется его строением и свойствами.
• Токсичность вещества необходимо учитывать наряду с его полезными свойствами.