Что такое мыло по своей химической природе. Мыла, их свойства

До изобретения мыла жир и грязь с кожи удаляли золой и мелким речным песком. Египтяне умывались смешанной с водой пастой на основе пчелиного воска. В Древнем Риме при мытье пользовались мелко истолченным мелом, пемзой, золой. Видимо, римлян не смущало, что при таких омовениях вместе с грязью можно было «соскоблить» и часть самой кожи. Заслуга в изобретении мыла принадлежит, вероятно, галльским племенам. По свидетельству Плиния Старшего, из сала и золы букового дерева галлы делали мазь, которую применяли для окрашивания волос и лечения кожных заболеваний. А во II веке ее стали использовать в качестве моющего средства.

Христианская религия считала мытье тела делом «греховодным». Многие «святые» были известны только тем, что всю свою жизнь не умывались. Но люди давно заметили вред и опасность для здоровья загрязнения кожи. Уже в 18 веке на Руси было налажено мыловарение, а в ряде европейских стран еще раньше.

Технология изготовления мыла из животных жиров складывалась на протяжении многих веков. Сначала составляется жировая смесь, которую расплавляют и омыляют – варят со щелочью. Для гидролиза жира в щелочной среде берется немного топленого свиного сала, около 10 мл этилового спирта и 10 мл раствора щелочи. Сюда же добавляют поваренную соль и нагревают полученную смесь. При этом образуются мыло и глицерин. Соль добавляют для осаждения глицерина и загрязнений. В мыльной массе образуется два слоя – ядро (чистое мыло) и подмыленный щелок.

Также получают мыло в промышленности.

Омыление жиров может протекать и в присутствии серной кислоты (кислотное омыление). При этом получаются глицерин и высшие карбоновые кислоты. Последние действием щелочи или соды переводят в мыла. Исходным сырьем для получения мыла служат растительные масла (подсолнечное, хлопковое и др.), животные жиры, а также гидроксид натрия или кальцинированная сода. Растительные масла предварительно подвергаются гидрогенизации, т. е. их превращают в твердые жиры. Применяются также заменители жиров - синтетические карбоновые жирные кислоты с большой молекулярной массой. Производство мыла требует больших количеств сырья, поэтому поставлена задача получения мыла из не пищевых продуктов. Необходимые для производства мыла карбоновые кислоты получают окислением парафина. Нейтрализацией кислот, содержащих от 9 до 15 углеродных атомов в молекуле, получают туалетное мыло, а из кислот, содержащих от 16 до 20 атома углерода, - хозяйственное мыло и мыло для технических целей.

Состав мыла

Обычные мыла состоят главным образом из смеси солей пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот. Натриевые соли образуют твердые мыла, калиевые соли - жидкие мыла.

Мыло – натриевые или калиевые соли высших карбоновых кислот,
полученные в результате гидролиза жиров в щелочной среде

Строение мыла можно описать общей формулой:

R – COOМ

где R – углеводородный радикал, M – металл.

Преимущества мыла:

а) простота и удобство в использовании;

б) хорошо удаляет кожное сало

в) обладает антисептическими свойствами

Недостатки мыла и их устранение:

недостатки

способы устранения

1. Плохая моющая способность в жесткой воде, содержащей растворимые соли кальция и магния. Так как при этом выпадают в осадокнерастворимые в воде соли высших карбоновых кислот кальция и магния. Т.е. при этом требуется большой расход мыла.

1. В состав мыла вводят вещества-комплексообразователи, способствующие смягчению воды (натриевые соли этилендиамин-тетрауксусной кислоты - ЭДТК, ЭДТА, ДТПА).

2. В водных растворах мыло частично гидролизуется, т.е. взаимодействует с водой.

При этом образуется определенное количество щелочи, которая способствует расщеплению кожного сала и его удалению.

Калиевые соли высших карбоновых кислот (т.е. жидкое мыло) лучше растворяются в воде и поэтому обладают более сильным моющим действием.

Но при этом оказывает вредное воздействие на кожу рук и тела. Это связано с тем, что верхний тончайший слой кожи имеет слабокислую реакцию (рН =5,5) и за счет этого препятствует проникновению болезнетворных бактерий в более глубокие слои кожи. Умывание мылом приводит к нарушению рН, (реакция становится слабощелочная), раскрываются поры кожи, что приводит к понижению естественной защитной реакции. При слишкомчастом использовании мыла кожа сохнет, иногда воспаляется.

2. Для уменьшения данного негативного воздействия в современные сорта мыла добавляют:

- слабые кислоты (лимонная кислота, борная кислота, бензойная кислота и др.), которые нормализуют рН

- крема, глицерин, вазелиновое масло, пальмовое масло, кокосовое масло, диэтаноламиды кокосового и пальмового масели т.д. для смягчения кожи и предотвращения попадания бактерий в поры кожи.

Эксперимент:

Возьмитечашку с водой. Поместите туда спичку так, чтобы она плавала на поверхности. Коснитесь заостренным концом мыла поверхности воды сбоку от спички. Спичка двигается в сторону от мыла. Это происходит потому, что поверхностное натяжение воды больше, чем мыльной. С разных сторон на спичку действуют разные силы – она движется в сторону от большей силы поверхностного натяжения. Поверхностный слой дистиллированной воды находится в натянутом состоянии подобно упругой пленке. При добавлении мыла и некоторых других растворимых в воде веществ поверхностное натяжение воды уменьшается. Мыло и другие моющие вещества относят к поверхностно-активным веществам (ПАВ). Они уменьшают поверхностное натяжение воды, усиливая тем самым моющие свойства воды

Строение мыла - стеарата натрия.

Видео-опыт «Выделение свободных жирных кислот из мыла»

Молекула стеарата натрия имеет длинный неполярный углеводородный радикал (обозначен волнистой линией) и небольшую полярную часть:

Молекулы ПАВ на пограничной поверхности располагаются так, что гидрофильные группы карбоксильных анионов направлены в воду, а углеводородные гидрофобные выталкиваются из нее. В результате поверхность воды покрывается частоколом из молекул ПАВ. Такая водная поверхность имеет меньшее поверхностное натяжение, что способствует быстрому и полному смачиванию загрязненных поверхностей. Уменьшая поверхность натяжения воды, мы увеличиваем ее смачивающую способность.

СМС (синтетические моющие средства) – натриевые соли сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты:

R – CH 2 – O – SO 2 – ONa

Как синтетическое мыло, так и мыло, получаемое из жиров, плохо моет в жесткой воде. Поэтому наряду с мылом из синтетических кислот производят моющие средства из других видов сырья, например из алкилсульфатов - солей сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты. В общем виде образование таких солей можно изобразить уравнениями:

Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стиральных порошках.

Синтетические моющие средства высвобождают сотни тысяч тонн пищевого сырья - растительных масел и жиров.

Эксперимент:

Можно сравнить мыла и СМС (стиральный порошок) проверив с помощью индикаторов, какая среда характерна для наших моющих средств.

При добавлении лакмуса в раствор мыла и в раствор СМС он приобретает синий цвет, а фенолфталеин – малиновый, то есть реакция среды щелочная. Кстати, если моющее средство предназначено для стирки хлопчатобумажных тканей, то реакция среды должна быть щелочной, а если для шелковых и шерстяных тканей – нейтральной.

А что происходит с мылом и СМС в жесткой воде?

Добавим в одну пробирку раствор мыла, а в другую раствор СМС, взболтаем их. Что вы наблюдаете? В эти же пробирки добавим хлорид кальция и взболтаем содержимое пробирок. Что вы наблюдаете теперь? Раствор СМС пенится, а в растворе мыла образуются нерастворимые соли:

2С 17 Н 35 СОО – + Са 2+ = Са(С 17 Н 35 СОО) 2 ↓

СМС образуют растворимые соли кальция, которые также обладают поверхностно-активными свойствами.

Использование чрезмерного количества этих средств приводит к загрязнению окружающей среды.

Многие ПАВ трудно поддаются биологическому разложению. Поступая со сточными водами в реки и озера, они загрязняют окружающую среду. В результате образуются целые горы пены в канализационных трубах, реках, озерах, куда попадают промышленные и бытовые стоки. Использование некоторых ПАВ приводит к гибели всех живых обитателей в воде. Почему раствор мыла, попадая в реку или озеро, быстро разлагается, а некоторые ПАВ нет? Дело в том, что мыла, полученные из жиров, содержат неразветвленные углеводородные цепи, которые разрушаются бактериями. В то же время в состав некоторых СМС входят алкилсульфаты или алкил(арил)сульфонаты с углеводородными цепями, имеющими разветвленное или ароматическое строение. Такие соединения бактерии «переварить» не могут. Поэтому при создании новых ПАВ необходимо учитывать не только их эффективность, но и способность к биологическому распаду – уничтожению некоторыми видами микроорганизмов.

Определение

Мыла - жидкие или твёрдые продукты, содержащие поверхностно-активные вещества, в соединении с водой используемое для очищения и ухода за кожей (туалетное мыло, шампуни, гели), либо как средство бытовой химии - моющего средства (мыло хозяйственное).

Химический состав мыла

С точки зрения химического состава:

твердые мыла - смесь растворимых натриевых солей высших жирных (предельных и непредельных) кислот;

жидкие мыла - смесь растворимых калиевых или аммонийных солей тех же кислот

Один из вариантов химического состава твёрдого мыла - $C_{17}H_{35}COONa$, жидкого - $CC_{17}HH_{35}COOK$. К жирным кислотам, из которых изготавливают мыло, относятся:

стеариновая (октадекановая кислота) - $C_{17}H_{35}COOH$, твердая, одноосновная предельная карбоновая кислота, одна из наиболее распространённых в природе жирных кислот, входящая в виде глицеридов в состав липидов , прежде всего триглицеридов жиров животного происхождения (в бараньем жире до ~30 %, в растительных (пальмовое масло) - до 10 %).
пальмитиновая (гексадекановая кислота) - $C_{15}H_{31}COOH$, наиболее распространённая в природе твердая одноосновная насыщенная карбоновая кислота (жирная кислота), входит в состав глицеридов большинства животных жиров и растительных масел (сливочное масло содержит 25 %, свиное сало - 30 %), многих растительных жиров ((пальмовое, тыквенное, хлопковое масла, масло бразильского ореха, какао и др.);
миристиновая (тетрадекановая кислота) - $C_{13}H_{27}COOH$ - одноосновная предельная карбоновая кислота, в природе находится в виде триглицерида в миндальном, пальмовом, кокосовом, хлопковом и других растительных маслах
лауриновая (додекановая кислота) - $C_{11}H_{23}COOH$- одноосновная предельная карбоновая кислота, также как и миристиновая кислота, содержится во многих растительных маслах южных культур: пальмовом, кокосовом, масле сливовых косточек, масле пальмы тукума и др.
олеиновая (цис-9-октадеценовая кислота) - $CH_3(CH_2)_7-CH=CH-(CH_2)_7COOH$ или общая формула $C_{17}H_{33}COOH$- жидкая одноосновная мононенасыщенная жирная кислота, относится к группе омега-9 ненасыщенных жирных кислот, содержится в больших количествах в животных жирах, особенно в рыбьем жире, а также во многих растительных маслах - оливковом. подсолнечном, арахисовом, миндальном и др.

Дополнительно в составе мыла могут быть и другие вещества, обладающие моющим действием, а также ароматизаторы и красители. Часто для улучшения потребительских свойств к мылу добавляют глицерин, тальк, антисептики.

Способы получения мыла

В основе всех способов получения мыла лежит реакция щелочного гидролиза жиров (животных или растительных):

Приготовление твердого мыла

Чтобы приготовить твердое мыло, нужно взять около 30 г свиного сала и около 70 г говяжьего жира. Всё это растопить, и когда жир расплавится, добавить 25 г твердой щелочи NaOH и 40 мл воды. Перед добавлением щёлочь следует нагреть.

Внимание! Со щёлочью нужно работать аккуратно, чтобы её брызги не попадали на кожу.

Нагревание продолжать в течении получаса на медленном огне, не забывая помешивать (лучше перемешивать стеклянной палочкой). По мере выкипания воды, нужно подливать к смеси предварительно нагретую воду.

Для отделения (высаливания) получившегося мыла из раствора можно использовать раствор пищевой соли (NaCl). Для его приготовления в 100 мл воды нужно растворить 20 г соли NaCl . После добавления соли продолжить нагревание смеси. В результате высаливания на поверхности раствора появляются чешуйки мыла. После остывания нужно собрать ложкой с поверхности раствора появившиеся чешуйки и отжать их с помощью ткани или марли. Для исключения попадание остатков щёлочи на руки, эту операцию лучше проводить в резиновых перчатках.

Полученную массу нужно обмыть малым количеством холодной воды и, для получения приятного аромата, можно добавить спиртовой раствор душистого вещества (например, духи). Можно также добавить красящие и антисептические вещества. Затем всю массу размять, и при небольшом разогреве сформировать нужную форму.

При получении туалетного мыла в промышленных масштабах, в основном, применяются не животные, а растительные жиры. Сколько разных жиров существует, столько различных сортов мыла можно получить. Например, из растительных масел преимущественно получаются жидкие мыла (за исключением оливкового), но в отличии от твёрдого мыла, жидкое мыло не отделяется «высаливанием».

Приготовление жидкого мыла

Приготовление жидкого мыла, также как и приготовление твёрдого мыла, производится путём щелочного гидролиза, но, в отличии от предыдущей методики, нужно использовать раствор едкого кали (KOH). Вместо животного жира можно взять растительное масло с добавлением 30 г. калиевой щёлочи (KOH) и 40 мл воды.

Внимание! Также, как и при приготовлении твёрдого мыла, щёлочь – едкое вещество, лучше работать в перчатках.

Все операции проводятся аналогично первому методу. Однако, вместо высаливания нужно дать раствору остыть, постоянно помешивая. В этом случае получается смесь, состоящая из мыла и воды, а также небольшого количества непрореагировавших веществ, называемых «клеевым мылом». Разделять смесь необязательно. потому что она обладает моющими свойствами.

ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ)

Определение

Поверхностно-активные вещества́ (ПАВ) - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.

Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность - способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

ПАВ - органические соединения, имеющие в своём составе полярную часть, то есть гидрофильный компонент (функциональные группы кислот и их соли -ОН, -СОО(H)Na, -$OSO_2O(H)Na$, -$SO_3(H)Na$) и неполярную (углеводородную) часть, то есть гидрофобный компонент .

Как уже говорилось, мыла являются поверхностно-активными веществами. Помимо различных видов мыла, к ПАВ также относятся различные синтетические моющие средства (СМС), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т. п.

На основании химической природы молекул, ПАВ подразделяются на четыре основных класса: анионактивные, катионактивные, неионогенные и амфотерные.

1. Анионактивные ПАВ содержат в молекуле одну или несколько полярных групп и диссоциируют в водном растворе с образованием цепочек анионов, определяющих их поверхностную активность. Гидрофобная часть молекулы обычно представлена предельными или непредельными алифатическими цепями или алкилароматическими радикалами. Всего выделяют шесть групп анионактивных ПАВ. Наиболее распространеными анионактивными ПАВ являются алкилсульфаты и алкиларилсульфонаты. Эти вещества малотоксичны, не раздражают кожу человека и удовлетворительно подвергаются биологическому распаду в водоемах, за исключением алкиларилсульфонатов с разветвленной алкильной цепью. Анионактивные ПАВ используют для производства стиральных порошков и чистящих средств.

2. Катионактивные ПАВ диссоциируют в водном растворе с образованием поверхностно-активного катиона с длинной гидрофобной цепью и аниона, как правило галогенида, иногда аниона серной или фосфорной кислоты. Преобладающими среди катионактивных ПАВ являются азотсодержащие соединения. Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионахтивные, но они могут взаимодействовать химически с поверхностью адсорбента, например с клеточными белками бактерий, обусловливая бактерицидное действие. Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионактивные, но они могут использоваться для придания мягкости тканям. Катионактивные ПАВ также входят в состав стиральных порошков и чистящих средств, но кроме того на их основе готовят шампуни, гели для душа и ополаскиватели для белья.

3. Неионогенные ПАВ не диссоциируют в воде на ионы. Их растворимость обусловлена наличием в молекулах гидрофильных эфирных и гидроксильных групп, чаще всего полиэтиленгликолевой цепи. Характерная особенность неионогенных ПАВ - жидкое состояние и малое пенообразование в водных растворах. Такие ПАВ хорошо очищают полиэфирные и полиамидные волокна.

4. Амфотерные (амфолитные) ПАВ содержат в молекуле гидрофильный радикал и гидрофобную часть, способную быть акцептором или донором протона в зависимости от рН раствора. Обычно эти ПАВ включают одну или несколько основных и кислотных групп. В зависимости от величины рН они проявляют свойства катионактивных или анионактивных ПАВ. Из группы амфотерных ПАВ наиболее часто используют производные бетаина (например, кокаминопропил бетаин). В сочетании с анионными ПАВ они улучшают пенообразующую способность и повышают безвредность моющих средств. Эти производные получают из природного сырья, поэтому они являются достаточно дорогостоящими компонентами. Амфотерные и неионогенные ПАВ используются при производстве моющих средств с деликатным действием - шампуней, гелей, средств для умывания.

ВЛИЯНИЕ ПАВ НА ЧЕЛОВЕКА И КОМПОНЕНТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Водные растворы ПАВ в большей или меньшей концентрации поступают с промышленными и бытовыми стоками в водоемы. Очистке сточных вод от ПАВ уделяется большое внимание, так как из-за низкой скорости разложения негативное воздействие на растительные и животные организмы трудно предсказуемы. Сточные воды, содержащие продукты гидролиза полифосфатных ПАВ, могут вызвать интенсивный рост растений, что приводит к загрязнению ранее чистых водоемов: по мере отмирания растений начинается их гниение, а в воде снижается содержание растворенного кислорода, что в свою очередь ухудшает условия существования других живых форм в водоеме.

Как любая среда биосферы, водоём, имеет свои защитные силы и обладает способностью к самоочищению. Самоочищение происходит за счет разбавления, оседания частиц на дно и формирования отложений, разложения органических веществ до аммиака и его солей за счет действия микроорганизмов. Большая трудность самовосстановления водоемов после воздействия ПАВ состоит в том, что ПАВ чаще всего присутствуют в виде смеси отдельных гомологов и изомеров, каждый из которых проявляет индивидуальные свойства при взаимодействии с водой и донными отложениями, различен и механизм их биохимического разложения. Исследования свойств смесей ПАВ показали, что в концентрациях, близких к пороговым, эти вещества обладают эффектом суммирования их вредных воздействий.

ПАВ делятся на те, которые быстро разрушаются в окружающей среде и те, которые не разрушаются и могут накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях. Один из основных негативных эффектов ПАВ в окружающей среде - понижение поверхностного натяжения. В водоемах изменение поверхностного натяжения приводит к снижению концентрации кислорода в массе воды, что вызывает рост биомассы сине-зеленых и бурых водорослей и гибель рыб и других водных организмов.

Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их распада являются углеводы. Однако при адсорбировании ПАВ на поверхности частичек (ила, песка) скорость их разрушения многократно снижается. Поэтому в нормальных условиях они могут высвобождать (десорбировать) ионы тяжёлых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека.

В организм человека ПАВ могут попадать разными путями - с пищей, водой, через кожу. Компоненты ПАВ могут вызывать аллергические реакции, вплоть до тяжелых осложнений.

Строение мыла, его свойства

Мыла – это натриевые или калиевые соли высших жирных кислот (схема 1), гидролизующихся в водном растворе с образованием кислоты и щелочи.

Общая формула твердого мыла:

Cоли, образованные сильными основаниями щелочных металлов и слабыми карбоновыми кислотами, подвергаются гидролизу:

Образовавшаяся щелочь эмульгирует, частично разлагает жиры и освобождает таким образом прилипшую к ткани грязь. Карбоновые кислоты с водой образуют пену, которая захватывает частицы грязи. Калиевые соли по сравнению с натриевыми лучше растворимы в воде и поэтому обладают более сильным моющим свойством.

Гидрофобная часть мыла проникает в гидрофобное загрязняющее вещество, в результате поверхность каждой частицы загрязнения оказывается окруженной оболочкой гидрофильных групп. Они взаимодействуют с полярными молекулами воды. Благодаря этому ионы моющего средства вместе с загрязнением отрываются от поверхности ткани и переходят в водную среду. Так происходит очистка загрязненной поверхности моющим веществом.

Производство мыла состоит из двух стадий: химической и механической. На первой стадии (варка мыла) получают водный раствор натриевых (реже калиевых) солей, жирных кислот или их заменителей.

Получение высших карбоновых кислот при крекинге и окислении нефтепродуктов:

Получение натриевых солей:

С n H m COOH + NaOH = С n H m COONa + H 2 O.

Варку мыла заканчивают обработкой мыльного раствора (мыльного клея) избытком щелочи или раствором хлорида натрия. В результате этого на поверхность раствора всплывает концентрированный слой мыла, называемый ядром. Полученное мыло называют ядровым, а процесс его выделения из раствора – отсолкой или высаливанием.

Механическая обработка заключается в охлаждении и сушке, шлифовке, отделке и упаковке готовой продукции.

В результате мыловаренного процесса мы получаем самую разнообразную продукцию, с которой вы можете ознакомиться.

Производство хозяйственного мыла заканчивают на стадии высаливания, при этом происходит очистка мыла от белковых, красящих и механических примесей. Производство туалетного мыла проходит все стадии механической обработки. Наиболее важной из них является шлифовка, т.е. переведение ядрового мыла в раствор кипячением с горячей водой и повторным высаливанием. При этом мыло получается особо чистым и светлым.

Стиральные порошки могут:

Раздражать дыхательные пути;

Стимулировать проникновение в кожу ядовитых веществ;

Вызывать аллергию и дерматит кожи.

Во всех этих случаях необходимо перейти на использование мыла, единственным недостатком которого является то, что оно сушит кожу.

Если мыло варилось из животных или растительных жиров, то из раствора после отделения ядра выделяют образующийся при омылении глицерин, который находит широкое применение: в производстве взрывчатых веществ и полимерных смол, как умягчитель ткани и кожи, при изготовлении парфюмерных, косметических и медицинских препаратов, в производстве кондитерских изделий.

В производстве мыла применяют нафтеновые кислоты, выделяемые при очистке нефтепродуктов (бензина, керосина). С этой целью нефтепродукты обрабатывают раствором гидроксида натрия и получают водный раствор натриевых солей нафтеновых кислот. Этот раствор упаривают и обрабатывают поваренной солью, в результате чего на поверхность раствора всплывает мазеобразная масса темного цвета – мылонафт. Для очистки мылонафта его обрабатывают серной кислотой. Этот нерастворимый в воде продукт называют асидолом или асидол-мылонафтом. Непосредственно из асидола изготовляют мыло.

Омыление — это гидролиз сложных эфиров под действием щёлочи. При этом получается соль органической кислоты и спирт. Исторически это название пошло от процесса получения мыла — гидролиза жиров щёлоком, при котором получается смесь солей высших жирных кислот (собственно — мыло) и глицерин (трёхатомный спирт).
Соответственно омыление — это реакция сложного эфира со щелочью.

До изобретения мыла жир и грязь с кожи удаляли золой и мелким речным песком.Технология изготовления мыла из животных жиров складывалась на протяжении многих веков. Посмотрим, как можно приготовить мыло в химической лаборатории. Сначала составляется жировая смесь, которую расплавляют и омыляют – варят со щелочью. Для гидролиза жира в щелочной среде берется немного топленого свиного сала, около 10 мл этилового спирта и 10 мл раствора щелочи. Сюда же добавляют поваренную соль и нагревают полученную смесь. При этом образуются мыло и глицерин. Соль добавляют для осаждения глицерина и загрязнений. Также получают мыло в промышленности.

Состав мыла
Мыла – натриевые или калиевые соли высших карбоновых кислот (кислот, содержащих в своем составе более 10 атомов углерода), полученных в результате гидролиза жиров в щелочной среде (чаще всего из жиров, содержащих в составе стеариновую кислоту С 17 Н 35 СООН) — С 17 Н 35 СООNa – стеарат натрия.
Жир + щелочь = соли жирных кислот и глицерин.

Свойства мыла
Поверхностный слой дистиллированной воды находится в натянутом состоянии подобно упругой пленке. При добавлении мыла и некоторых других растворимых в воде веществ поверхностное натяжение воды уменьшается. Мыло и другие моющие вещества относят к поверхностно-активным веществам (ПАВ). Они уменьшают поверхностное натяжение воды, усиливая тем самым моющие свойства воды.

Молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, имеют избыток потенциальной энергии и поэтому стремятся втянуться внутрь так, что при этом на поверхности остается минимальное количество молекул. За счет этого вдоль поверхности жидкости всегда действует сила, стремящаяся сократить поверхность. Это явление в физике получило название поверхностного натяжения жидкости.

Секрет очищающего действия мыла

СМС (синтетические моющие средства) – натриевые соли синтетических кислот (сульфокислот, сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты).
Рассмотрим свойства моющих веществ и сравним мыла и СМС (стирального порошка) . Для начала проверим, какая среда характерна для наших моющих средств. Как мы это сделаем?
С помощью индикаторов.
Будем использовать известные нам индикаторы – лакмус и фенолфталеин. При добавлении лакмуса в раствор мыла и в раствор СМС он приобретает синий цвет, а фенолфталеин – малиновый, то есть реакция среды щелочная.

А что происходит с мылом и СМС в жесткой воде? (понятно, почему мыловары не варят мыло на водопроводной воде, а используют отвары, дистиллированную воду, молоко и тд.)
Добавим в одну пробирку раствор мыла, а в другую раствор СМС, взболтаем их. Что вы наблюдаете? В эти же пробирки добавим хлорид кальция и взболтаем содержимое пробирок. Что вы наблюдаете теперь? Раствор СМС пенится, а в растворе мыла образуются нерастворимые соли:
2С 17 Н 35 СОО – + Са 2+ = Са(С 17 Н 35 СОО) 2
А СМС образуют растворимые соли кальция, которые также обладают поверхностно-активными свойствами.
Использование чрезмерного количества этих средств приводит к загрязнению окружающей среды. Послушаем сообщение об экологических последствиях использования ПАВ.
Многие ПАВ трудно поддаются биологическому разложению. Поступая со сточными водами в реки и озера, они загрязняют окружающую среду. В результате образуются целые горы пены в канализационных трубах, реках, озерах, куда попадают промышленные и бытовые стоки. Использование некоторых ПАВ приводит к гибели всех живых обитателей в воде.

Почему раствор мыла, попадая в реку или озеро, быстро разлагается, а некоторые ПАВ нет? Дело в том, что мыла, полученные из жиров, содержат неразветвленные углеводородные цепи, которые разрушаются бактериями. В то же время в состав некоторых СМС входят алкилсульфаты или алкил(арил)сульфонаты с углеводородными цепями, имеющими разветвленное или ароматическое строение. Такие соединения бактерии «переварить» не могут. Поэтому при создании новых ПАВ необходимо учитывать не только их эффективность, но и способность к биологическому распаду – уничтожению некоторыми видами микроорганизмов.

Да здравствует мыло душистое,
И полотенце пушистое,
И зубной порошок,
И густой гребешок!
Давайте же мыться, плескаться,
Купаться, нырять, кувыркаться
И в ванне, и в бане, везде.
Вечная слава воде!

К.Чуковский

Цели и задачи. Рассмотреть состав и строение мыла и моющих средств, показать взаимосвязь строения и свойств моющих средств; закрепить навыки работы в малых группах, расширить кругозор учащихся, развить их мышление.

Оборудование и реактивы. Упаковки из-под мыла и моющих средств, информационные листы для учащихся, набор химической посуды (пробирки, спиртовки, химические стаканчики, пробиркодержатели, стеклянные палочки); жир, маргарин или сливочное масло, мыло, синтетическое моющее средство, жидкое мыло, 15%-й раствор гидроксида натрия, раствор хлорида натрия (насыщенный), разбавленный раствор серной кислоты, растворы ацетата свинца, хлорида кальция, сульфата меди, фенолфталеина, растворы, содержащие ионы кальция или магния, дистиллированная вода.

Изучение темы занимает два урока, один из которых – теоретическое занятие, второй – практическая работа.

Учащиеся работают в малых группах, рассаживаясь по периметру класса. На их столах упаковки из-под мыла и синтетических моющих средств, набор химической посуды и реактивов.

ХОД УРОКА

Учитель. Ребята, сегодняшнее наше занятие посвящено химии мыла и моющих средств и будет состоять из двух частей.

На первом уроке мы рассмотрим теоретические вопросы:

Мыло в древности, история мыловарения;

Строение мыла, его свойства;

Состав мыла и синтетических моющих средств;

Производство мыла;

Применение мыла и синтетических моющих средств.

На втором уроке мы проведем лабораторные опыты, подтверждающие свойства мыла и синтетических моющих средств.

Сообщение на тему
«Мыло в древности, история мыловарения»

Ученик. Мыло было известно человеку до новой эры летоисчисления. Самое раннее упоминание о мыле в европейских странах встречается у римского писателя и ученого Плиния Старшего (23–79 гг.). В трактате «Естественная история» Плиний писал о способах получения мыла омылением жиров. Мало того, он писал о твердом и мягком мыле, получаемом с использованием соды и поташа соответственно.

Для мытья и стирки белья на Руси использовали щелок, получаемый при обработке золы водой, т.к. зола от сгоревшего топлива растительного происхождения содержит поташ.

Развитию мыловарения способствовало наличие сырьевых источников. Например, марсельская мыловаренная отрасль промышленности, известная с эпохи раннего средневековья, располагала оливковым маслом и содой. Мыловарение развивалось также в Италии, Греции, Испании, на Кипре, т.е. в районах, культивирующих оливковые деревья. Первые германские мыловарни были основаны в XIV столетии.

Химическая сущность мыловаренных процессов долгое время была не ясна. Лишь в конце XVIII в. была выяснена химическая природа жиров, и затем поняты реакции их омыления. В 1779 г. шведский химик К.В.Шееле показал, что при взаимодействии оливкового масла с оксидом свинца и водой образуется растворимое в воде сладкое вещество. В 1817 г. французский химик М.Э.Шеврель 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 французский химик П.Э.М.Бертло установил природу глицерина и объяснил химическое строение жиров.

Объяснение темы
«Строение мыла, его свойства»

Учитель. Мыла – это натриевые или калиевые соли высших жирных кислот (схема 1), гидролизующихся в водном растворе с образованием кислоты и щелочи.

Общая формула твердого мыла:

Работа в малых группах

Используя информационные листы (приложение) и раздаточный материал, учащиеся выполняют следующие задания.

1. Заполнить таблицу.

Таблица

Состав мыла и синтетических моющих средств

2. Ответить на вопрос: в чем преимущества использования синтетических моющих средств по сравнению с мылом?

Ролевая игра «Производство мыла»

Один из учащихся выступает в роли технолога, рассказывающего о стадиях производства мыла. Каждая группа выбирает корреспондента от средств массовой информации: журнала «Мыло», газеты «Мыльный пузырь», телекомпании «СМС».

Технолог. Производство мыла состоит из двух стадий: химической и механической. На первой стадии (варка мыла) получают водный раствор натриевых (реже калиевых) солей, жирных кислот или их заменителей.

Получение высших карбоновых кислот при крекинге и окислении нефтепродуктов:

Получение натриевых солей:

С n H m COOH + NaOH = С n H m COONa + H 2 O.

Механическая обработка заключается в охлаждении и сушке, шлифовке, отделке и упаковке готовой продукции.

Корреспондент журнала «Мыло». Стадии производства хозяйственного и туалетного мыла одинаковы или имеют различия?

Технолог. Производство хозяйственного мыла заканчивают на стадии высаливания, при этом происходит очистка мыла от белковых, красящих и механических примесей. Производство туалетного мыла проходит все стадии механической обработки. Наиболее важной из них является шлифовка, т.е. переведение ядрового мыла в раствор кипячением с горячей водой и повторным высаливанием. При этом мыло получается особо чистым и светлым.

Корреспондент газеты «Мыльный пузырь». Получают ли при производстве мыла побочные продукты и как их используют?

Технолог. Если мыло варилось из животных или растительных жиров, то из раствора после отделения ядра выделяют образующийся при омылении глицерин, который находит широкое применение: в производстве взрывчатых веществ и полимерных смол, как умягчитель ткани и кожи, при изготовлении парфюмерных, косметических и медицинских препаратов, в производстве кондитерских изделий.

Корреспондент телекомпании «СМС». В настоящее время часть мыла и синтетических моющих средств получают из нефтепродуктов. В чем заключаются технологические секреты такого производства?

Технолог. В производстве мыла применяют нафтеновые кислоты, выделяемые при очистке нефтепродуктов (бензина, керосина). С этой целью нефтепродукты обрабатывают раствором гидроксида натрия и получают водный раствор натриевых солей нафтеновых кислот. Этот раствор упаривают и обрабатывают поваренной солью, в результате чего на поверхность раствора всплывает мазеобразная масса темного цвета – мылонафт. Для очистки мылонафта его обрабатывают серной кислотой. Этот нерастворимый в воде продукт называют асидолом или асидол-мылонафтом. Непосредственно из асидола изготовляют мыло.

Работа по схеме 2.

В конце первого занятия учитель подводит итог изучения учебного материала, указывает на меры профилактики при использовании моющих средств.

Стиральные порошки могут:

Раздражать дыхательные пути;

Стимулировать проникновение в кожу ядовитых веществ;

Вызывать аллергию и дерматит кожи.

Практическая работа
«Свойства мыла и синтетических моющих средств»

(Перед началом работы – инструктаж по ТБ.)

Опыт «Омыление жиров в водно-спиртовом растворе»

В пробирку поместите жир, маргарин и сливочное масло, прилейте 8–10 мл 15%-го спиртового раствора гидроксида натрия. Смесь перемешайте, нагрейте до кипения. Омыление ведите до тех пор, пока жидкость не станет однородной. К полученной густой жидкости добавьте насыщенный раствор хлорида натрия и кипятите раствор 1–2 минуты.

1. Какое вещество появилось на поверхности в результате проделанного опыта?

3. Для каких практических целей используется процесс омыления жиров?

Опыт «Выделение жирных кислот»

В пробирку поместите кусочек твердого мыла, прилейте к нему 8–10 мл дистиллированной воды, взболтайте и подогрейте полученный раствор. К раствору мыла прилейте раствор разбавленной серной кислоты и нагрейте до кипения.

Задания для самостоятельных выводов

1. Какие изменения происходят при нагревании и охлаждении раствора?

2. Напишите уравнение происходящей реакции.

Опыт «Получение нерастворимых солей жирных кислот»

В пробирку поместите кусочек твердого мыла, прилейте к нему 8–10 мл дистиллированной воды, взболтайте и подогрейте полученный раствор. Разделите раствор по трем пробиркам, в первую добавьте раствор ацетата свинца, во вторую – раствор хлорида кальция, в третью – раствор сульфата меди.

Задания для самостоятельных выводов

1. Объясните изменения, происходящие в каждой пробирке.

2. Напишите уравнения происходящих реакций.

Опыт «Сравнение мыла и синтетических моющих средств»

Приготовьте в трех пробирках по 10 мл разбавленных растворов:

а) твердого мыла;

б) одного из синтетических порошкообразных моющих средств;

в) жидкого мыла.

Разделите полученные растворы на две части (в каждой из них – по три пробирки).

а) В каждую из трех пробирок первой части с различными растворами добавьте по нескольку капель фенолфталеина. (Если моющее средство предназначено для хлопчатобумажных тканей, то среда бывает щелочной, а если для шелковых и шерстяных – нейтральной.)

б) В три оставшиеся пробирки второй части с растворами мыла и синтетических моющих средств добавьте при встряхивании по 2–3 мл воды, содержащей ионы Са 2+ и Mg 2+ .

Задания для самостоятельных выводов

1. Почему раствор мыла имеет щелочную среду? Ответ поясните уравнением реакции.

2. Какое из указанных выше моющих средств следует использовать для стирки:

а) хлопчатобумажных тканей;

б) шелковых и шерстяных тканей;

в) в жесткой воде?

По окончании занятия учитель подводит итог работы на уроке, кратко повторяя его основные этапы.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Информационный лист

Животные жиры – древнее и весьма ценное сырье мыловаренной отрасли промышленности. Они содержат до 40% насыщенных жирных кислот.

Синтетические жирные кислоты получают из парафина нефтей каталитическим окислением кислородом воздуха:

СН 3 (СН 2) m CH 2 –СН 2 (СН 2) n СН 3 + 2,5O 2 = СН 3 (СН 2) m COOH + СН 3 (СН 2) n COOH + H 2 O.

При производстве мыла используют две фракции: С 10 –С 16 и С 17 –С 20 . В хозяйственном мыле синтетических кислот 35–40%.

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

Для улучшения характеристик хозяйственного и туалетного мыла, а также для его удешевления в него вводят наполнители. К ним относятся натриевые соли, казеин и крахмал. Казеин и крахмал используются для пенообразования и стойкости пены. Основным наполнителем туалетного мыла является сапонин, получаемый выщелачиванием некоторых растений.

При стирке белья в жесткой воде, содержащей ионы кальция и магния, расход мыла повышается на 25–30%. Малорастворимые соли кальция и магния оседают на ткани, делая ее грубой, менее эластичной, блеклой, снижают ее прочность.

Для устранения вредных последствий жесткой воды в мыло вводят декаоксотрифосфат(V) натрия Na 5 P 3 O 10 . Ионы P 3 O 10 5– связывают ионы кальция и магния в прочные нерастворимые соединения. По существу они играют роль смягчителя воды. С этой же целью Na 5 P 3 O 10 добавляют и в стиральные порошки в объеме до 20%.

Основой синтетических моющих средств (детергентов) является Na-cоль алкансульфокислоты,

доля которой достигает 30%.

Общая формула синтетических моющих средств:

Производство этих веществ основано на продуктах переработки нефти.

Синтетические моющие средства – сложная композиция, содержащая отбеливатели (ультрамарин, перборат натрия) и пенообразователи (аминоспирты). Они одинаково хорошо моют как в мягкой, так и в жесткой воде.

В то же время детергенты очень медленно подвергаются биоразложению. Накапливаясь в водоемах, они ведут к сильному разрастанию зеленых растений, что вызывает заболачивание.

Категории

Выбор редакции

Что такое мыло по своей химической природе. Мыла, их свойства

Химический состав мыла

Способы получения мыла

Приготовление твердого мыла

Приготовление жидкого мыла

ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ)

ВЛИЯНИЕ ПАВ НА ЧЕЛОВЕКА И КОМПОНЕНТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Состав мыла и синтетических моющих средств

Поиск

Подписка

Популярные записи

Последние записи