Учебно-методические средства, справочная литература
А.К.Патсаев «Органисческая химия»
Технические средства, материалы
Видео ролик, слайды, ноутбук
Ход занятия
Время
Организационный момент
Приветсвие с обучающимися, проверка санитарного состояния и готовности аудитории, внешний вид обучающихся, подготовка занятиям, отметить отсутсвующих, ознакомления целями и планом занятия и значимостью знании для будующих специалистов.
5 минут
Проверка домашнего задания
Домашняя тема: Проверка конспеков,задач.
15 минут
Объяснение новой темы
Тема: Мыло и синтетические моющие средства Мы́ло — растворяющаяся в воде моющая масса
(кусок или густая жидкость), получаемая
взаимодействием жиров и щелочей, используемое
либо как косметическое средство — для очищения и
ухода за кожей (туалетное мыло); либо как средство
бытовой химии — моющее средство (хозяйственное
мыло).Не следует путать с мыльными продуктами,
которые изготовляются из синтетических
поверхностно-активных веществ, в основном из
нефтяных продуктов, лаурил сульфат натрия и т. д.
В последние годы мыло как косметический продукт
массового использования всё больше и больше
используется в жидком виде. Твёрдое мыло часто
используется в виде авторских изделий. В качестве
бытовой химии использование мыла с каждым
годом сокращается во всем мире: потребители
выбирают стиральные порошки, средства для мытья
посуды и пр.
Компоненты синтетических моющих средств
Компонентами СМС являются:
- комплексообразователи
- цеолиты
- средства, придающие белизну
- активаторы отбеливания
- антиресорбенты
- ферменты
- ароматизаторы
- гидротропные вещества
Комплексообразователи
Эффективность ПАВ, особенно мыл, снижается в минерализованной воде, которая содержит ионы кальция, магния, железа. Это снижение происходит в результате протекания обменной реакции следующего типа:
Катионы солей, обусловливающих жесткость воды, при обменной реакции с мылами – натриевыми солями алкилкарбоновых кислот образуют хлопья нерастворимых в воде солей кальция, магния, железа. Эти соли не проявляют моющего действия.
Для связывания ионов жесткости в рецептуры СМС вводят комплексообразующие вещества. Вещества неорганического или органического происхождения, которые образуют в водных растворах комплексы с ионами щелочноземельных и других металлов, снижают жесткость воды, улучшают моющее действие СМС и предотвращают инкрустацию тканей, называют комплексообразователями или умягчителями воды.
Основными комплексообразователями неорганического происхождения,применяемыми в настоящее время в составе СМС, являются: пентанатрийфосфат, полифосфат натрия, гексаметафосфат натрия или калия. Потребность страны в пентанатрийфосфате в 90-е годы составила около 500 тыс. тонн. В качестве умягчителей в составах СМС могут применяться также соли угольной кислоты (карбонаты), кремниевой кислоты (силикаты) и других кислот.
Сырьем для получения пентанатрийфосфата служат ортофосфорная кислота и карбонат натрия. Сначала проводится реакция нейтрализации (взаимодействие кислоты и карбоната), в результате чего получают раствор неполных ортофосфатов натрия (Na2HPO4, NaH2PO4) c соотношением оксида натрия к пентаоксиду фосфора 5:3. Дегидратация кислых ортофосфатов приводит к образованию пиро- и метафосфатов, которые и превращаются в пентанатрийфосфат натрия при температуре 290-3100С по реакции:
Смягчением воды роль пентанатрийфосфата в составе СМС не ограничивается. Пентанатрийфосфат способствует удалению многовалентных катионов из загрязненного материала. Моющее действие пентанатрийфосфата связывают также с синергизмом в действии его совместно с ПАВ. Пентанатрийфосфат нейтрален по отношению к текстильным волокнам и другим материалам. Наличие полифосфата натрия в водном моющем растворе способствует созданию буферного раствора с рН=10 оптимального для проведения стирки. Кроме того,на пентанатрийфосфат можно наносить жидкие ПАВ, которые не поддаются сушке, и таким образом совершенствовать технологию приготовления СМС.
Комплексообразующая способность пентанатрийфосфата зависит от температуры, рН, природы и концентрации катионов. Максимальная комплексообразующая способность пентанатрийфосфата наблюдается при его концентрации 0,01 М. Образование комплексного соединения пентанатрийфосфата натрия с ионом кальция можно представить в следующем виде:
Водные растворы пентанатрийфосфата имеют рН > 7, что является результатом протекания реакций гидролиза по аниону триполифосфорной кислоты:
Если за основу взять первую стадию гидролиза, то значения рН растворов являются мерой концентрации ионов HP3O104-. Если к раствору пентанатрий фосфата добавить соль двухвалентного катиона, то равновесие первой реакции сдвинется вправо за счет комплексообразования по реакции:
Комплексообразование приводит к снижению рН раствора, а рН служит в этом случае мерой устойчивости образующегося комплекса. Чем меньше изменение рН, тем меньше устойчивость комплекса. Как правило, стабильность комплексов увеличивается с увеличением заряда и уменьшением радиуса катиона, входящего в комплекс.
Органические комплексообразователи
Фосфаты натрия в составе СМС проявляют множество полезных свойств. Однако практика показала, что их применение не очень желательно. Они загрязняют водоемы, создают в них избыток питательных веществ, что приводит к чрезмерному росту водорослей и плохо отражается на обитателях рек и озер. Эти экологические проблемы обусловили интенсивные поиски полноценных заменителей пентанатрийфосфата.
Наибольшее распространение среди заменителей фосфатов нашла динатриевая соль этилендиаминотетрауксусной кислоты (ЭДТА, трилон-Б):
Внутрикомплексное соединение трилона Б с ионом магния можно представить следующим образом:
Органические комплексообразователи (в рецептурах косметико-гигиенических моющих средств – секвестранты) с ионами многовалентных металлов образуют в водном растворе хелатные комплексы. Введение секвестрантов в состав МС решает сразу несколько проблем: улучшает пенообразование и моющее действие в жесткой воде, стабилизирует компоненты МС против окисления и гидролитического расщепления.
Другими распространенными комплексообразователями являются лимонная, уксусная, винная, молочная, аскорбиновая, сорбиновая, глюконовая и глутаминовая кислоты.
Хорошими комплексообразователями являются: аминотриуксусная (нитрилотриуксусная) кислота,
производные фосфоновой кислоты, например, аминотриметиленфосфоновая
кислота или оксиэтилендифосфоновая кислота,
водорастворимые полимеры, например, полиакрилаты – продукты свободнорадикальной полимеризации и сополимеризации акриловой кислоты и ее производных:
Цеолиты
Как отмечалось ранее, фосфаты натрия, содержание которых в порошко-
вых СМС в среднем составляет 35 %, оказывают отрицательное воздействие на окружающую флору и фауну. Причины этого хорошо известны. За рубежом около половины фосфатов в составе твердых СМС заменяют на цеолиты.
Цеолиты – это кристаллические водные алюмосиликаты каркасной структуры, из которых нагреванием может быть обратимо удалена вода без разрушения каркаса. При удалениии воды в каркасе образуется система регулярных каналов и полостей, доступных для адсорбции молекул. Поэтому цеолиты называют пористыми кристаллами или молекулярными ситами).
Наиболее известным синтетическим и природным цеолитом с восьмичленными кислородными кольцами является цеолит натрия:
Благодаря подобранным при синтезе условиям кристаллизации, анионная основа цеолита обладает системой пор, напоминающей пространственное сито.
В пределах этого сита и происходит ионообмен ионов натрия на катионы кальция и магния. Следует отметить, что на ионы натрия обмениваются только такие ионы, диаметр которых в гидратированном состоянии меньше пор анионной основы. В цеолите натрия он составляет 0,22 и 0,42 нм.
Обмен многовалентных катионов с ионами натрия в цеолитах может быть выражен следующим уравнением:
где NaZ - ионы натрия, связанные цеолитом, MeZ - поливалентные катионы, связанные с цеолитом, Na+ - ионы натрия, обмененные на Men+ , Me n+ - поливалентные катионы в растворе.
Состояние ионного обмена зависит от времени, температуры и концентрации, а также от характера поливалентного катиона и соотношения между радиусами пор цеолита и радиусами ионов. Учитывают эффективный радиус катионов в гидратированном состоянии. Радиус гидратированных катионов зависит от температуры процесса. Например, повышение температуры приводит к повышению степени связывания ионов магния по сравнению со связыванием ионов кальция. Это явление обусловлено разрушением гидратной оболочки ионов магния, хотя при темпреатуре 200С эффективный радиус иона магния на 30 % больше чем радиус иона кальция.
Цеолиты только снижают жесткость воды. Другими функциями, которые свойственны фосфатам натрия, они не обладают. При полной замене пентанатрийфосфата цеолитами возникает опасность инкрустации тканей за счет отложения на них кристаллов неорганических веществ. Поэтому в составах СМС применяют комбинации цеолитов с фосфатами натрия или другими комплексообразователями при соотношениях компонентов, близких к 1:1.
При совместном действии обоих компонентов может наблюдаться эффект переноса. Сущность его заключается в следующем: комплексообразующие вещества, адсорбируясь на поверхности, способствуют удалению ионов кальция и магния из загрязнителей в раствор, где они переходят в цеолит за счет ионного обмена.
