uzluga.ru
добавить свой файл

Химия мыла и моющих средств


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 1817г. 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.

Схема 1



Общая формула твердого мыла:

О

||

R ─ C ─ О- ─ Na+

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

C17H35COO- + Na+ + Н2О = С17Н35СООН + Na+ + ОН-

↑↓

Н+ + ОН-

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.

^ 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


Хозяйственное мыло

Туалетное мыло

Синтетическое моющее средство











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 «CMC».

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:

О

СН3(СН2)mСН3 + 3/2О2 = Н2О + СН3(СН2)mС

ОН

Получение натриевых солей:

СnНmСООН + NaOH = CnHmCOONa + Н2O

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.

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 U поли­мерных смол, как умягчитель ткани и кожи, при изготовлении парфюмерных, косметических и ме­дицинских препаратов, в производстве кондитер­ских изделий.

КОРРЕСПОНДЕНТ ТЕЛЕКОМПАНИИ «CMC». 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.

^ Применение мыла и синтетических моющих средств



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.

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


^ 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.

Задания для самостоятельных выводов

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

  2. Напишите уравнение происходящей реакции.

  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 Са2+ и Mg2+.

^ 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:

СН3(СН2)mСН2 ─ СН2(СН2)nСН3 + 2,502 =

= СН3(СН2)mСООН + СН3(СН2)nСООН + Н2O.

При производстве мыла используют две фрак­ции: С10 — С16 и С17 —С20. 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.

Содержание воды в хозяйственном мыле дости­гает 30%, а в туалетном снижается до 12%. В со­став мыла вводят парфюмерные отдушки, отбели­ватели, красители. Хорошие сорта туалетного мыла

содержат до 50% натурального кокосового или паль­мового масла, которое хорошо растворяется в хо­лодной воде и характеризуется высоким пенообразованием.

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 Na5P3O10. Ионы Р3O105- связывают ионы кальция и магния в прочные нерастворимые соединения. По существу они играют роль смягчителя воды. С этой же целью Na5P3O10 добавляют и в стиральные по­рошки в объеме до 20%.

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




CH3 ─ (CH2)n ─ CH2 ─ ─ SO3Na


доля которой достигает 30%.

Общая формула синтетических моющих средств:

О

||

R ─ S ─ ONa.

||

О

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.