Какими свойствами обладают поверхностно активные вещества
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 марта 2020; проверки требуют 8 правок.
Пове́рхностно-акти́вные вещества́ (ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения. Наряду с мыла́ми синтетические ПАВ являются основным действующим компонентом[1]моющих средств.
Сопутствующие пове́рхностно-акти́вные вещества́ (со-ПАВ) — химические соединения, которые обладают свойством ПАВ, но предназначены для поддержания, усиления, активации и т. п. свойств основного ПАВ. Например, для повышения растворимости малорастворимых компонентов или поддержания пенообразующей способности.
Поверхностная активность[править | править код]
Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность[2] — способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз — это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю. Однако, ПАВ имеет предел растворимости (так называемую критическую концентрацию мицеллообразования, или ККМ), с достижением которого при дальнейшем добавлении ПАВ в раствор его концентрация на границе раздела фаз остаётся постоянной, но при этом происходит самоорганизация молекул ПАВ в объёмном растворе (мицеллообразование или агрегация). В результате такой агрегации образуются так называемые мицеллы. Отличительным признаком мицеллообразования служит помутнение раствора ПАВ. Водные растворы ПАВ при этом также приобретают голубоватый (студенистый) оттенок за счёт преломления света мицеллами (см. опалесценция).
Методы определения ККМ:
- Метод поверхностного натяжения
- Метод измерения краевого угла (угла смачивания) с твёрдой или жидкой поверхностью (contact angle)
- Метод вращающейся капли (spindrop, spinning drop)
Строение ПАВ[править | править код]
Как правило, ПАВ — органические соединения, имеющие амфифильное строение, то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент (функциональные группы -ОН, -СООН, -SOOOH, -O- и т. п., или, чаще, их соли -ОNa, -СООNa, -SOOONa и т. п.) и неполярную (углеводородную) часть, гидрофобный компонент. ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот — олеата, стеарата натрия и т. п.) и СМС (синтетические моющие средства), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т. п.
Классификация ПАВ[править | править код]
- Ионогенные ПАВ
- Катионные ПАВ
- Анионные ПАВ
- Амфотерные ПАВ
- Неионогенные ПАВ
- Алкилполиглюкозиды
- Алкилполиэтоксилаты
Производство ПАВ из высших жирных спиртов[править | править код]
Важнейшим сырьём в производстве современных поверхностно-активных веществ для синтетических моющих средств являются высшие жирные спирты, которые в зависимости от реагента дают неионогенные или анионные ПАВ, что иллюстрирует приведённая ниже схема[3]:[стр. 5].
Мировой объём использования высших жирных спиртов в производстве ПАВ в 2000 году составил 1,68 млн тонн[3]:[стр. 6]. В 2003 году около 2,5 млн тонн ПАВ было произведено на основе высших жирных спиртов[4].
Применение высших жирных спиртов для производства поверхностно-активных веществ[править | править код]
Также в производстве ПАВ используются и некоторые другие спирты: глицерин (сложные эфиры с жирными кислотами — эмульгаторы), сорбитол (сорбитаны), моноэтаноламин и диэтаноламин (алканоламиды).
Влияние ПАВ на компоненты окружающей среды[править | править код]
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. Например в океане изменение поверхностного натяжения приводит к снижению показателя удерживания CO2 и кислорода в массе воды. Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их деградации являются углеводы. Однако при адсорбировании ПАВ на поверхности частичек земли/песка степень/скорость их деградации снижаются многократно. Так как почти все ПАВ, используемые в промышленности и домашнем хозяйстве, имеют положительную адсорбцию на частичках земли, песка, глины, при нормальных условиях они могут высвобождать (десорбировать) ионы тяжёлых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека.
Области применения[править | править код]
- Моющие средства. Основное применение ПАВ — в качестве активного компонента моющих и чистящих средств (в том числе, применяемых для дезактивации), мыла, для ухода за помещениями, посудой, одеждой, вещами, автомобилями и пр. В 2007 году в России было произведено более 1 млн тонн синтетических моющих средств, главным образом — стиральных порошков. В настоящее время самым распространенным ПАВ в синтетических моющих средствах является алкилбензосульфонат. К группе анионных ПАВ также принадлежат алкансульфонат (SAS), алкилсульфат (FAS) и летучий алкилсульфат (FAES). FAS может быть получен из растительного сырья, например, рапсового масла или масла кокоса. В катионных ПАВ гидрофильная группа представлена положительно заряженной азотосодержащей группой. В качестве отрицательно заряженного противовеса выступает ион хлора или метилсульфат. Эти ПАВ особенно активно используются в синтетических средствах для «щадящей» стирки, так как играют роль смазки. Неионогенные ПАВ не создают ионы в водных растворах и, следовательно, обладают важными преимуществами: они абсолютно невосприимчивы к жесткости воды, демонстрируют высокую эффективность даже при низких концентрациях и низких температурах стирки, не образуют много пены и препятствуют потемнению белья. Сапонин, полученный из мыльнянки или стиральных орешков (Waschnussen), принадлежит к неионогенным ПАВ. Другим примером неионогенного ПАВ является сахарный алкилполиглюкозид (APG), добываемый из возобновляемого сырья: кукурузы, сахарного тростника и кокосового ореха. APG является биологически разлагаемым и имеет отличную совместимость с кожей. Именно эти ПАВ используются в натуральных стиральных порошках
- Наука. ПАВ широко применяются в исследованиях, например, в биологии для разрушения клеточных мембран в целях выделения компонентов клеток (белки, хроматин, РНК) для непосредственного их анализа (вестерн-блот, количественная ПЦР) или использования в других экспериментах (иммунопреципитация белковых комплексов (Co-IP, хроматина (ChIP)[en], РНК (RIP) и пр.).
- Косметика. Основное использование ПАВ в косметике — шампуни, где содержание ПАВ может достигать десятков процентов от общего объёма. Также ПАВ используются в небольших количествах в зубной пасте, лосьонах, тониках и других продуктах.
- Текстильная промышленность. ПАВ используются в основном для снятия статического электричества с волокон синтетической ткани.
- Кожевенная промышленность. Защита кожаных изделий от лёгких повреждений и слипания.
- Лакокрасочная промышленность. ПАВ используются для снижения поверхностного натяжения, что обеспечивает лёгкое проникновение красочного материала в маленькие углубления на обрабатываемой поверхности и их заполнение с вытеснением при этом оттуда другого вещества (например, воды).
- Бумажная промышленность. ПАВ используются для отделения чернил от целлюлозы при переработке макулатуры. Молекулы ПАВ, адсорбируясь на пигменте чернил, делает его гидрофобным. Далее воздух пропускается через раствор пигмента и целлюлозы. Пузырьки воздуха адсорбируются на гидрофобной части ПАВ и частички пигмента всплывают на поверхность (см. флотация).
- Металлургия. Эмульсии ПАВ используются для смазки прокатных станов и снижения трения. Выдерживают высокие температуры, при которых сгорает масло.
- Защита растений. ПАВ широко используются в агрономии и сельском хозяйстве для образования эмульсий пестицидов. Используются также для повышения эффективности транспортировки питательных компонентов к растениям через мембранные стенки их клеток (см. внекорневая подкормка).
- Пищевая промышленность. ПАВ в виде эмульгаторов (например, лецитина[источник не указан 3156 дней]) добавляют для улучшения качества мороженого, шоколада, взбитых сливок, соусов, печенья и других блюд.
- Нефтедобыча. ПАВ применяются для гидрофобизации призабойной зоны пласта (ПЗП) с целью увеличения нефтеотдачи.
- Строительство. ПАВ[источник не указан 3156 дней], называемые пластификаторами, добавляют к цементно-песчаным смесям и бетонам для уменьшения их водопотребности при сохранении подвижности. Это увеличивает конечную прочность (марку) затвердевшего материала, его плотность, морозостойкость, водонепроницаемость.
- Медицина. Катионные и анионные ПАВ применяют в хирургии в качестве антисептиков. Например, четвертичные аммониевые основания приблизительно в 300 раз эффективнее фенола по губительному действию в отношении микроорганизмов. Антимикробное действие ПАВ связывают с их влиянием на проницаемость клеточных мембран, а также ингибирующим действием на ферментативные системы микроорганизмов. Неионогенные ПАВ практически не обладают противомикробным действием.
- Теплоэнергетика. ПАВ применяются для обработки функциональных поверхностей систем теплоснабжения, а также рабочих поверхностей теплообменного оборудования с целью повышения гидрофобности и увеличения краевого угла смачиваемости, что приводит к ряду положительных эффектов, таких как: многократное снижение скорости протекания коррозионных процессов; уменьшение гидравлического сопротивления; удаление накопившихся отложений с поверхностей оборудования и трубопроводов и предотвращение образования новых отложений.[7]
Объём производства[править | править код]
В 2008 году годовой объём производства ПАВ составил 13 миллионов тонн[8]. В 2012 году объём рынка ПАВ составлял 26,8 миллиарда долларов, к 2016 году ожидается рост до 31 миллиарда, а к 2020 — до 36 миллиардов[9].
Сопутствующие ПАВ[править | править код]
Со-ПАВ не применяются без основного ПАВ. Могут иметь такие дополнительные функции, как солюбилизирующее действие, снижение статического электрического заряда (волос, ткани), стабилизирующее действие на гелеобразующие компоненты, усиление или, наоборот, подавление пенообразования, стабилизация пены и т. д. Пример со-ПАВ: каприлглюкозид.
См. также[править | править код]
- Мыло
- Сурфактант
- Амфотерный сурфактант
- Диспергаторы кальциевых мыл
- Неонол
- Синтанол
- Сульфонол
- Катапин
- Кокамидопропилбетаин
Примечания[править | править код]
- ↑ Моющее действие // Большая российская энциклопедия. Том 21. — М., 2012. — С. 360—361.
- ↑ Не следует путать с Поверхностной (радио)активностью.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Chemistry and Technology of Surfactants / Edited by Richard J. Farn. — Blackwell Publishing Ltd, 2006. — 315 p. — ISBN 978-14051-2696-0.
- ↑ Dierker M., Schäfer H. J. Surfactants from oleic, erucic and petroselinic acid: Synthesis and properties (англ.) // European Journal of Lipid Science and Technology. — 2010. — Vol. 112, no. 1. — P. 122.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Ланге К. Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ, применение = Surfactants. A Practical Handbook / Пер. с англ. — СПб.: «Профессия», 2004. — 240 с. — ISBN 5-93913-068-2.
- ↑ 1 2 Плетнев М. Ю. Косметико-гигиенические моющие средства // . — «Химия». — М., 1990. — С. 17—20. — ISBN 5-7245-0275-5.
- ↑ [www.src-w.ru Научный центр “Износостойкость” НИУ “МЭИ”].
- ↑ Kosaric,Naim; Sukan,Fazilet Vardar. Biosurfactants: Production and Utilization—Processes, Technologies, and Economics (англ.). — CRC Press, 2014. — P. 153. — ISBN 9781466596702.
- ↑ Global Surfactant Market – Acmite Market Intelligence. Дата обращения: 2 декабря 2015.
Комментарии
- ↑ Приведена схема для этиленоксида, как наиболее распространённого реагента для синтеза алкоксилатов.
- ↑ Вместо оксида фосфора также используются полифосфорные кислоты, а в качестве исходных продуктов — этоксилаты спиртов.
- ↑ Обычно используют не сами сульфоновые кислоты, а аммониевые или натриевые соли, например: лаурилсульфат натрия.
Литература[править | править код]
- Поверхностно-активные вещества // Большая российская энциклопедия. Том 26. — М., 2014. — С. 487.
- Абрамзон А. А., Гаевой Г. М. (ред.) Поверхностно-активные вещества. — Л.: Химия, 1979. — 376 с.
- Плетнев М. Ю. (ред.) Поверхностно-активные вещества и композиции. Справочник. — М.: ИД «Косметика и медицина», 2002. — 752 с.
- Паршикова Т. В. Поверхностно-активные вещества как фактор регуляции развития водорослей. — Киев: Фитосоциоцентр, 2004. — 276 с. (на укр. яз.) ISBN 966-306-083-8 (ошибоч.).
- Остроумов С. А. Биологические эффекты при воздействии поверхностно-активных веществ на организмы. — М.: МАКС-Пресс, 2001. — 334 с. ISBN 5-317-00323-7.
- Ставская С. С., Удод В. М., Таранова Л. А., Кривец И. А. Микробиологическая очистка воды от поверхностно-активных веществ. — Киев: Наук. думка, 1988. — 184 с. ISBN 5-12-000245-5.
- Пищевые эмульгаторы и их применение: [пер с англ. В. Д. Широкова] / Под ред. Дж. Хазенхюттля, Р. Гартела. — СПб.: Профессия, 2008. — 288 с.
Источник
10.6.
Понятие о поверхностно-активных веществах (ПАВ). Мыла. Синтетические
моющие средства
Поверхностно-активные вещества – это химические соединения,
способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел или двух
термодинамических фаз (называемых поверхностью раздела фаз), и вызывающие
снижение поверхностного натяжения веществ, образующих эти фазы.
На межфазной поверхности
Поверхностно-активные вещества образуют слой повышенной концентрации — адсорбционный
слой.
Поверхностно-активные
вещества: принцип действия
Поверхностно-активные вещества:
схема действия
Натриевые
и калиевые соли высших жирных кислот (мыла) являются поверхностно-активными
веществами, способными образовывать стойкие мыльные пленки. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) могут определенным образом
располагаться на границе раздела двух фаз, например таких как вода-
воздух или вода- масло. Такое поведение ПАВ
объясняется особенностью их строения: молекула ПАВ, например мыла, включает как
полярную, способную ионизироваться гидрофильную группировку, так и неполярную
гидрофобную часть – углеводородный радикал. На границе раздела фаз к воде
ориентируется гидрофильная группа, а к масляной фазе или воздуху –углеводородный
радикал.
Мицеллы мыла
В
водной среде при определенной концентрации молекулы ПАВ существуют уже не в
виде изолированных частиц, а как большие агрегаты – мицеллы, у которых все
углеводородные находятся в центре мицеллы, а гидрофильные группы – снаружи
(рис. 2а). Мицелла способна «захватывать» частички водонерастворимых веществ и
создавать стойкие эмульсии, так
как слипанию мицелл препятствует одноименный заряд их поверхностей (рис. 2б).На
этом принципе основано моющее действие мыл. Загрязнение представляют собой
жировую пленку с частичками пыли. Мыла эмульгируют загрязнения, после чего
эмульсия легко смывается водой.
Синтетические ПАВ и моющие средства
Для
производства мыла необходимо большое количество жиров – ценного пищевого и
технического продукта. Между тем поверхностной активностью обладают и другие
органические соединения, имеющие сходное строение с мылами.
К ним
относятся:
·
анионные ПАВ (например, натриевые
соли алкилсульфатов, алкилсульфонатов);
·
катионные ПАВ (например четвертичные алкиламмониевые
соли)
Формулы синтетических
поверхностно-активных веществ
Анионные
и катионные поверхностно-активные вещества обязательно содержат в молекуле
длинный алкильный радикал (С12—
С14)
Синтетические ПАВ получают в промышленности
из доступного углеводородного сырья, главным образом, нефтяного, поэтому они
недороги. Другое достоинство моющих средств на основе синтетических ПАВ
заключается в возможности их использования в жесткой воде, в которой обычные
мыла дают нерастворимые кальциевые и магниевые соли, что снижает эффективность
моющего действия и повышает расход мыла.
Классификация ПАВ
Поверхностно активные вещества можно классифицировать
по разным признакам. Мы приведём три вида классификаций:
По типу гидрофильных
групп:
– анионные
– катионные
– амфотерные
– неионные
По длине гидрофобной
цепи:
– гидрофобные ПАВ
– гидрофильные ПАВ
Классификация по типу
гидрофильных групп:
Для ПАВ эта классификация является основной.
По типу гидрофильных групп ПАВы делят на:
– ионные, или ионогенные,
– анионные,
– катионные,
– амфотерные.
– неионные, или неионогенные.
Классификация по характеру
использования:
– Моющие средства
– Эмульгаторы
– Смачиватели
– Солюблизаторы
Моющие средства – вещества или смеси веществ,
применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от
загрязнений.
Частным случаем эмульгаторов
являются пенообразователи и стабилизаторы пены.
Смачиватели – вещества, вызывающие
пептизацию или диспергирование, т.е. измельчение твёрдых тел на мелкие частички
или жидкой фазы на мелкие капельки.
Смачивание – первая фаза моющего
действия, когда загрязнение распадается на отдельные частички или капельки и
впоследствии обвалакивается ПАВом (солюблизируется), и удаляется водой.
Солюблизаторы – вещества, помогающие
повысить растворение частиц другого вещества, слаборастворимого в данной жидкой
среде.
Молекулы солюблизатора обвалакивают
плохо растворимую в данной среде частичку и образуют вокруг неё, так называемую
мицеллу.
Сама мицелла имеет сродство к среде растворителя
и поэтому растворяется в нём, обеспечивая растворение изначально нерастворимой
в нём частицы.
Эмульгаторы – вещества, обеспечивающие
стабилизацию эмульсий из несмешивающихся жидкостей.
Смачивание, солюблизация,
эмульгирование – все эти процессы являются стадиями моющего действия. Любой
ПАВ, в той или иной степени, одновременно является и смачивателем, и
солюблизатором, и эмульгатором, и моющим веществом. Но при этом, разные ПАВы
проявляют разную эффективность на разных стадиях моющего действия. По этой
причине они могут быть классифицированы на смачиватели, солюблизаторы,
эмульгаторы и моющие средства.
Классификация ПАВ по длине гидрофобной цепи:
Этот вид классификации особенно
важен в случаях, когда поверхностно-активные вещества выполняют роль
стабилизаторов эмульсий (эмульгаторов).
Напомним, что эмульгаторы
представляют собой дифильные вещества, молекулы которых имеют в своём составе,
как полярную (гидрофильную) группу, так и неполярную (гидрофобную) часть.
В зависимости от длины углеводородного
(гидрофобного) «хвоста» и силе полярных групп в молекуле такой молекулы,
эмульгатор, в целом, будет проявлять или гидрофильные или гидрофобные
качества. А от этого всецело будет меняться его роль при стабилизации
разного рода эмульсий.
Гидрофильные эмульгаторы.
Стабилизация эмульсий типа «вода в масле».
Эмульгаторы с относительно короткой
гидрофобной частью, имеют большее сродство с водой и их, поэтому
называют гидрофильными.
Гидрофильные эмульгаторы необходимы для стабилизации
эмульсий типа «масло в воде». При добавлении гидрофильного эмульгатора в такую
эмульсию вокруг капельки масла образуется сплошной слой эмульгатора, сообщающий
ей некоторую гидрофильность и повышающий её устойчивость.
а – гидрофильный эмульгатор,
б – гидрофобный эмульгатор.
Добавление в такую же смесь гидрофобного
эмульгатора, большая часть молекулы которого погружается в капельку масла,
не обеспечивает устойчивости эмульсии, поскольку часть поверхности капельки
остаётся «открытой» и легко может происходить слияние с другими капельками.
Гидрофобные эмульгаторы.
Стабилизация эмульсий типа «вода в масле».
Эмульгаторы, молекулы которых имеют
относительно длинную гидрофобную часть, обладают преимущественно гидрофобными свойствами.
Такие эмульгаторы называют гидрофобными (или липофильными).
Гидрофобные эмульгаторы стабилизируют эмульсии типа
«вода в масле». Их молекула, находящаяся большей своей частью в дисперсионной
среде (масле), удерживается на поверхности капелек воды своей гидрофильной
группировкой (Рис. а).
goog_1081271183
а – гидрофобный эмульгатор,
б – гидрофильный
эмульгатор.
В результате вокруг каждой капельки
воды образуется плотная оболочка из молекул эмульгатора, препятствующая слиянию
дисперсной фазы (воды).
Попытка получить эмульсию такого же
типа с гидрофильным эмульгатором оказалась бы безуспешной, так
как молекулы эмульгатора разместились бы в основном внутри капелек воды
(Рис. б).
Вместо сплошной оболочки вокруг
капелек имелись бы лишь выступающие над их поверхностью отдельные гидрофобные
группы эмульгатора, не препятствующие коалесценции капелек.
Таким образом, эмульгатор
должен обладать сродством к дисперсионной среде.
Использование ПАВ
Мировое производство ПАВ
постоянно возрастает, причём доля
неионных и катионных веществ в общем выпуске всё время увеличивается.
В зависимости от назначения
и химического состава ПАВы выпускают в виде твёрдых продуктов (кусков, хлопьев,
гранул, порошков), жидкостей и полужидких веществ (паст, гелей).
Особое внимание всё больше
и больше уделяется производству ПАВ
с линейным строением молекул, которые легко подвергаются биохимическому
разложению в природных условиях и не загрязняют окружающую среду.
ПАВ находят широкое применение в промышленности, сельском
хозяйстве, медицине, быту. Важнейшие области потребления ПАВ: производство мыл
и моющих средств для технических и санитарно-гигиенических нужд;
текстильно-вспомогательных веществ, т. е. веществ, используемых для обработки
тканей и подготовки сырья для них; лакокрасочной продукции.
ПАВ используют
во многих технологических процессах химических, нефтехимических,
химико-фармацевтических, пищевой промышленности. Их применяют:
·
как
присадки, улучшающие качество нефтепродуктов;
·
как
флотореагенты при флотационном обогащении полезных ископаемых;
·
компоненты
гидроизоляционных и антикоррозионных покрытий и т.д.
ПАВы
·
облегчают
механическую обработку металлов и др. материалов,
·
повышают
эффективность процессов диспергирования жидкостей и твёрдых тел.
·
Незаменимы
как стабилизаторы высококонцентрированных дисперсных систем (суспензий, паст,
эмульсий, пен).
·
Кроме
того, они играют важную роль в биологических процессах и вырабатываются для
«собственных нужд» живыми организмами.
Так,
поверхностной активностью обладают вещества, входящие в состав жидкостей
кишечно-желудочного тракта и крови животных, соков и экстрактов растений.
Воздействие ПАВ на человека
Подавляющее количество ПАВ
при использовании имеет непосредственный контакт с кожей, поэтому следует
обращать внимание на их дерматологическое действие.
Известно, что мыла при
длительном контакте вызывают раздражение кожи, причём этоя явление более
характерно для натриевых солей С8
– С10 насыщенных жирных
кислот в сравнении с их высшими гомологами.
Алкилсульфаты с длиной
жирной цепи менее С12 и алкиларилсульфонаты раздражают кожу
сильнее, чем мыла.
Сульфоэтерифицированные
масла и сульфоэфиры, а также продукты конденсации высших жирных кислот и белков
не вызывают заметного раздражения кожи, поэтому многие очищающие и моющие
композиции включают соединения этих типов.
По убыли раздражающего
действия на кожу человека ПАВы можно расположить в следующий ряд:
Катионные > анионные > неионные.
Мыло
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.
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.
Твёрдое мыло — RCOONa |
Жидкое мыло – RCOOK |
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, | 1. В состав мыла вводят |
2. В водных растворах мыло частично гидролизуется, При этом образуется определенное количество Калиевые соли высших Но при этом оказывает вредное воздействие на кожу | 2. Для уменьшения данного – слабые кислоты (лимонная кислота, борная – крема, глицерин, вазелиновое масло, пальмовое |
Строение мыла –
стеарата натрия.
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 – CH2 – O – SO2 – 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.
СМС образуют растворимые соли кальция, которые также обладают
поверхностно-активными свойствами.
Использование чрезмерного количества этих средств
приводит к загрязнению окружающей среды.
УПРАЖНЕНИЯ
1. Сколько
кальцинированной соды (в г) потребуется для реакции со стеариновой кислотой
массой 28,4 г и сколько (в г) образуется стеарата натрия при 90%-м выходе?
а) 5,3 и 17,2; б) 7,2 и 27,54;
в) 10,6 и 17,2; г) 5,3 и 27,54.
Решение:
Ответ. г.
________________________________________________________________
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО
РЕШЕНИЯ
2.
Какое строение имеют молекулы ПАВ.
3.
Какая часть молекулы ПАВ растворяется в водной
среде.
4.
На какие типы делятся ПАВ по характеру гидрофильных
и гидрофобных групп.
5.
Приведите примеры катионоактивных и неионогенных
ПАВ.
6.
К какому типу ПАВ относятся обычные мыла.
7.
Что такое твердое, жидкое мыло.
8.
Какими недостатками обладают мыла.
9.
Приведите примеры важнейших анионоактивных ПАВ,
являющихся основой синтетических моющих средств.
10.
Каковы наиболее эффективные
методы защиты окружающей среды от загрязнения поверхностно-активными
веществами.
1. В качестве жидкого мыла используют: | |
а) C2H5COOK | б) C15H31COONa |
в) CH3COOK | г) C17H35COOK |
2. Укажите формулу жидкого мыла: | |
а) C17H35-COONa | б) C15H31 – COOK |
в) (C17H35COO)2Ca | г) C15H31 – COONa |
3. Мыло можно получить взаимодействием: | |
а) пальмитиновой кислоты и натрия | б) стеариновой кислоты и |
в) муравьиной кислоты и гидроксида | г) стеариновой кислоты и гидроксида |
4. Какой из | |
а) | б) К.В.Шееле |
в) К.Л.Бертолле | г) М.Э.Шеврель |
5. Стеарат натрия имеет | |
а) C15H31COONa | б) C17H35COONa |
в) C18H37COONa | г) C19H39COONa |
6. Вещество C17H33COONa | |
а) сложный | б) соль |
в) спирт | г) кислота |
7. Какие недостатки мыла: | |
а) не отстирывает в жесткой воде, мало | б) содержит натуральные |
в) сохраняет | г) нет верного ответа |
8. Моющий процесс | |
а) отрыв грязевых частиц от очищаемой поверхности | б) перевод нерастворимых в воде грязевых частиц в раствор |
в) удержание этих плавающих частиц в моющем растворе | г) все ответы верны |
9. Основные компоненты стирального порошка: | |
а) фосфаты | б) полимеры |
в) силикаты | г) все ответы верны |
10. Какой ученый является создателем СМС: | |
а) Ф. Понтер | б) С. Аррениус |
в) Р. Бойль | г) |
Ответы:
1 | г |
2 | б |
3 | б |
4 | г |
5 | б |
6 | б |
7 | а |
8 | г |
9 | г |
10 | а |
Источник