Розы
Мыла, их свойства. Синтетические моющие средства

Мыла, их свойства. Синтетические моющие средства

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.

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.

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.

Для того, что бы разобраться, как сварить мыло с нуля в домашних условиях, необходимо определится, какие же свойства вы хотите получить от вожделенного кусочка мыла. Будет ли это мыло для тела, или же шампунь-мыло, ожидаете мягкую мелкую пену или крупные мыльные пузыри, хотите сделать увлажняющее мыло, антисептическое или мыло скраб. От всего этого и будет зависеть состав мыла и свойства. В этой статье мы постараемся пошагово разобраться, как составить рецепт мыла.

Три кита мыла с нуля: щелочь, масло и вода

Напомним, для того, что бы приготовить мыло с нуля, достаточно трех компонентов: щелочь, вода, масло (жир). В качестве щелочи для твердых видов мыла используем каустическую соду NaOH, для жидкого мыла – едкий калий KOH. Ну, а для того, что бы разобраться, как выбрать масла для изготовления мыла с нуля, рекомендуем обратить внимание на наш раздел . Если кратко, то

пышную пенку дают пальмоядровое и кокосовое масло, устойчивую пену создадут оливковое масло, масло сладкого миндаля и кукурузное
увеличивают твердость мыла , а значит и время смыливания – все те же кокос и пальмоядровое масло
увлажнит – олива, масло ши, масло сладкого миндаля и масло абрикосовой косточки.

Учимся составлять рецепт мыла с нуля

Метод изготовления мыла с нуля, процесс химический (химия мыла), а значит требующий серьезного подхода и точного расчета. Следовательно, необходим точный вес масла, от которого будет зависеть вес щелочи и воды. Сразу по технологии выбирайте те масла, которые хотите использовать в вашем мыле и их количество. Дальше, вам необходимо совместить воду и щелочь, а для этого нужно отмерить эти ингредиенты.

1. Как отмерить щелочь для составления рецепта мыла с нуля:

Формула для расчета количества щелочи:

Масса базового масла * число омыления * 95% = требуемое количество NaOH.

Если в составе несколько масел, то для определения веса щелочи, умножаем вес каждого масла на соответствующее число омыления, суммируем все произведения и полученный результат умножаем на 95 %:

((Вес масла1×Число омыления1) + (Вес масла2×Число омыления2) + (Вес масла3×Число омыления3)) × 95 % = Вес каустической соды

Число омыления

Омыление, это химическая реакция, благодаря которой, из смеси получится мыло, и щелочь полностью растворится в масле. Безусловно, что коэффициент омыления для разных масел варьируется.

Наименование масла (жира)	Число омыления (коэффициент)
Жожоба масло	0,066-0,069
Масло виноградных косточекКасторовое маслоМасло ши	0,128
Масло зародышей пшеницы	0,132
Авокадо масло	0,133
Льняное маслоОливковое маслоМасло персиковых косточек Подсолнечное масло	0,134
Масло абрикосовых косточекАрахисовое маслоТыквенных семечек масло	0,135
Масло грецкого орехаМасло сладкого миндаля	0,136
Какао маслоКунжутное масло	0,137
Пальмовое масло	0,141
Кокосовое масло	0,190
Шиповниковое масло	0,193
Молочный жир	0,255
Пчелиный воск	0,690

2. Как отмерить воду в мыло с нуля

Формула расчета воды в мыле с нуля

Вес масла, в граммах × 0,375 = Вес воды, в граммах

При использовании нескольких масел:

Сумма веса всех масел, в граммах × 0,375 = Вес воды, в граммах

3. Пример расчета количества каустической соды и воды в мыле с нуля

(Суммарный состав 1 кг масел)

Подставляем данные в формулу для расчета каустической соды:

((500×0,134) + (400×0,141) + (100×0,193)) × 95 % = 142,7×0,95 = 135,6 (г) – вес каустической соды на 1 кг масел.

Подставляем данные в формулу для расчета воды:

(500 + 400 + 100) × 0,375 = 375 (г) – вес воды на 1 кг масел.

Полученный рецепт:

Оливковое масло – 500 г

Пальмовое масло – 400 г

Шиповника масло – 100 г

Щелочь (каустическая сода) – 135,6 г

Вода (ледяная) – 375 г

Это наглядный пример, как работает мыльный калькулятор, просчитанный вручную.

Мыльный калькулятор

Создавая свой рецепт для мыла с нуля, вы можете воспользоваться существующими калькуляторами, где достаточно указать желаемые масла и их вес, а компьютер сам рассчитает нужное количество щелочи и воды. Т.е, в принципе, не нужно знать число омыления, этот коэффициент автоматически заложен в калькулятор. Примеры нескольких калькуляторов из интернета: , ., . Тут так же указывается на сколько сбалансирован ваш рецепт, зачастую на этот параметр лучше обращайте особое внимание.

Если же Вы доверяете только собственным подсчетам, то воспользуйтесь вышеприведенными формулами и коэффициентами.

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:

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.

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.

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 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.

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.

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.

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:

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.

Какого только мыла нет сегодня! Разноцветное, яркое, красивое. Есть прозрачное, в котором заманчиво виднеются узоры или фруктики, разные изображения. Очень популярны виды для детей, которые выполнены в форме любимых мультяшных героев, и прочих персонажей. В общем, производители мыла стараются изо всех сил. Но что представляет собой этот продукт изнутри? Каков его химический состав, когда оно появилось и как его получают? Попробуем разобраться.

Химическая основа мыла

С точки зрения науки данный продукт представляет собой результат щелочного гидролиза масел или жиров. Впервые о том, что мыла и жиры имеют в своем составе что-то общее, догадался Мишель Шеврель, французский ученый-химик. Практически всю свою жизнь он посвятил изучению высших карбоновых кислот. Поэтому ему принадлежат заслуги теоретического объяснения состава жиров, а следовательно, и мыла.

Шеврель говорил, что если высший трехатомный спирт глицерин, содержащий три гидроксо-группы, прореагирует с кислотой, общая формула которой R-COOH, то в результате сформируются триглицериды - сложные эфиры кислот. Они и будут являться жирами. Если же реакцию проводить в щелочной среде, то образующийся продукт будет вступать во взаимодействие с NaOH (KOH) с образованием мыла.

Позже эти теоретические выводы были подкреплены опытами Бертло в лабораторных условиях. Обычно в состав разного мыла входят следующие компоненты:

вода;
нафтеновые кислоты;
стеариновая;
пальмитиновая;
канифоль;
или калия.

Поэтому химическая формула мыла условно записывается таким образом: R-COOMe, где R - это радикал, включающий от 8 до 20 и выше атомов углерода. Ме - это металл, щелочной или щелочноземельный.

Если говорить об обычном хозяйственном продукте, используемом для стирки белья, то формула мыла будет выглядеть примерно так: C 17 H 35 -COONa. В его состав входит:

стеариновая кислота;
едкий натр;
канифоль;
вода;
иногда используют кокосовое масло.

В разных странах производство этого типа продукта происходит по-разному, поэтому чаще всего результат отличается по составу, по цвету, по качеству стирки. Таким образом, становится понятна сама формула мыла. Химия дает следующее определение данному продукту: это соли высших карбоновых кислот, включающие в состав щелочные или щелочноземельные металлы.

При этом следует указать, что по агрегатному состоянию, прозрачности, запаху и прочим органолептических параметрам продукты очень разнятся. Все зависит от химического состава и способа производства.

Формула жидкого мыла

Очень популярным в последнее время вариантом моющего средства являются жидкие продукты. Это удобно, кажется, что более щадящее для кожи рук и эстетично для полочки ванной комнаты. Поэтому жидкое мыло - один из самых распространенных видов этих солей. Чем отличаются они от твердых и почему такая разница в агрегатных состояниях?

Оказывается, все дело в катионе металла, который формирует соединение, а также в технологии производства. Формула мыла, которое является жидким, условно выглядит так: R-COOK. То есть в состав обязательно входят ионы калия. Соответственно, при производстве принимает участие гидроксид калия.

Основные характеристики таких продуктов:

вязкость;
гигроскопичность;
тягучесть;
прозрачность;
лучшая растворимость.

Твердое мыло

Чтобы получить продукт в более традиционном агрегатном состоянии, нужно использовать при изготовлении натронную известь, или едкий натр. При этом следует указать, что если в состав входят ионы Na, то продукт получается твердый и никак иначе. Ионы лития чаще всего тоже формируют подобные мыла.

Таким образом, формула мыла приобретает несколько иной вид: R-COONa, R-COOLi. С химической точки зрения количественный состав и структура веществ при этом не меняется - мыло соответствует своей природе, являясь солями карбоновых кислот. Физические характеристики, органолептические свойства, внешний дизайн - это все подвластно изменить самому человеку, чем люди активно и занимаются.

Классификация

Можно обозначить две базы для разделения описываемых веществ на категории. Первый признак классификации - химическая основа при изготовлении. По данному критерию выделяют:

ядровое мыло - жирных кислот не менее 60% в составе;
полуядровое - около 30%;
клеевое - не выше 47%.

Выбранной основой можно придать мылу совершенно различные варианты внешнего оформления. Можно сделать его мраморным, прозрачным, со встроенными внутрь украшениями и компонентами, цветным и матовым и так далее. Формула мыла также будет выражаться общим составом R-COOMe, однако в сам продукт часто входит еще канифоль и нафтеновые кислоты, а также сорбитол, ароматизаторы, красители, консерванты, пенообразователи и прочие соединения.

Второй признак классификации - это бытовое назначение. Так, выделяют три разновидности продукта.

Туалетное - используется в косметических целях для умывания, мытья тела. Должно обладать хорошей пенообразовательной способностью, быть мягким и не вызывать раздражения и сухости. Для этого жирные кислоты не должны понижаться за предел 72% в составе.
Специальное - используется в кожевенной, текстильной промышленности, медицине и так далее. Содержит особые технические добавки.
Хозяйственное - предназначено для мытья бытовых предметов, стирки белья, уборки и прочих бытовых нужд.

Формула мыла такого вида от предыдущего ничем не отличается, оно также может быть прозрачным, матовым, цветным и так далее. Соотношение компонентов меняется в зависимости от предназначения.

Производство в промышленности

Изготовление мыла в широких массовых масштабах осуществляется на специальных мыловаренных заводах. Там по заранее спланированным и расчерченным технологиям и дизайнам налажен выпуск огромного количества экземпляров продукта как твердого, так и жидкого плана. Основные технологические цепочки следующие:

между кальцинированной содой и продуктами гидролиза жиров (карбоновыми кислотами);
взаимодействие с или едким натром;
щелочной гидролиз триглицеридов.

В любом случае можно получить разное мыло по своим физико-химическим свойствам.

История мыловарения

Известно, что о варке мыла люди знали более 6 тысяч лет тому назад, то есть еще до нашей эры. В Древнем Египте кипятили золу с добавлением жира и получали нужный продукт. Так продолжали действовать и будущие поколения несколько веков подряд.

В Европе производство мыла было слабо интенсивным, так как о чистоте своего тела никто не заботился, это считалось постыдным. И только с XVIII века мыловарение достигает своего расцвета. Придуманы новые упрощенные технологии производства, в мыло включаются ароматические масла и смягчающие добавки, оно становится более разнообразным и приятным в применении.

Изготовление своими руками

Как сделать мыло своими руками? Возможно ли это? Ответ однозначен: да, возможно. Сегодня многие люди сделали это своим домашним бизнесом и зарабатывают на этом очень неплохие деньги.

Если у вас есть творческая фантазия, креативность и нестандартность мышления, ловкие руки, желание и помещение для работы, то заняться изготовлением мыла вообще не составит труда.

Технология мыловарения в домашних условиях

Есть три основных способа приготовить продукт, не выходя из дома.

Закупить специальную готовую основу для производства. Это удобный, недорогой и быстрый в исполнении вариант, как сделать мыло своими руками. Данная основа потребует лишь вашей фантазии и добавки нужных ароматизаторов и красителей. Она пластичная и удобная в обращении, ей можно придать любую форму. Также при желании можно получить прозрачный продукт.
Приобрести готовое мыло без отдушек, красителей и ароматических добавок. Например, детское. Затем измельчить, растопить на водяной бане, и дальше действовать как в первом случае.
Варка с нуля. Самый опасный с точки зрения безопасности и трудоемкий процесс. Может быть осуществлен по любому из описанных промышленных методов. Однако следует помнить, что работать со щелочами следует крайне осторожно. И не в домашних условиях, а в специальном помещении.