Săpunuri și detergenți - PDF Descărcare gratuită
Lecții de grup Săpunuri și detergenți Subiect Tipul școlii Nivelul școlii Cunoștințe anterioare Timp de lucru Autori Supervizor Chimie Liceu Anul trecut Clasa de chimie Legătură de perechi de electroni, legătură ionică, reacții acide/bazice, polaritate, acizi carboxilici 3 lecții Ruth Baumann Monika Blättler Dr. Rita Berholzer a doua versiune 12 august 1994 Proces școlar pentru predarea clasei de instruire KS Im Lee, Winterthur august 1993
Cuprins Pagină Titlu pagină 1 Introducere 3 Cuprins 4 Instrucțiuni de utilizare 5 Mini-didactică 6 Instrucțiuni pentru grupuri 1 Săpunuri 7 2 Surfactanți (substanțe active de spălare) 15 3 Înmuiere 23 4 Ingrediente ale unui detergent modern 31 Anexa 1: Răspunsuri la testele elevilor 39 Anexă 2: Controlul/testul profesorului 43 Anexa 3: Materiale suplimentare 52 Anexa 4: Surse utilizate 53 Anexa 5: Surse utilizate de autori 53 Lucrul în grup 3
Instrucțiuni de utilizare Cele patru subiecte despre detergenți sunt elaborate folosind așa-numita „metodă puzzle”. Fiecare student parcurge următoarele trei etape: 1. Achiziționarea de cunoștințe: primiți documentele referitoare la unul dintre cele patru subiecte despre detergenți. Vei trece peste acestea în prima lecție (45 min.). La începutul celei de-a doua lecții vă verificați cunoștințele (15 min.). 2. Runda de experți: Te întâlnești cu ceilalți colegi de clasă care au lucrat la același subiect ca și tine în runda de experți. Ca viitori „profesori”, veți discuta împreună despre modul în care doriți să învățați subiectul celorlalți elevi (30 min.). Clasa a III-a: Vă aranjați în grupuri noi. Acum există un membru al fiecărui grup de experți din fiecare grup. Fiecare expert îi învață pe ceilalți colegi de clasă subiectul său (10 minute pe subiect). Munca în grup 4
Obiective de învățare 1. Veți ști cum s-a schimbat producția de săpun de-a lungul secolelor. 2. Puteți afla unde are sens utilizarea săpunului în zilele noastre. 3. Știi toate dezavantajele săpunurilor. Lucrul în grup 7
Când este încălzită cu sodă caustică, grăsimea este împărțită în glicerină și anionii acizilor grași: Exemplu: H 2 CC 17 H 35 HC C 17 H 33 H 2 CC 15 H 31 + 3 NaH (aq) H 2 C HC H 2 CHHH + Na + Na + Na + _ C 17 H 35 _ C 17 H 33 _ C 15 H 31 _ grăsime + soluție de hidroxid de sodiu glicerină + sare de sodiu a acizilor grași Sărurile de sodiu ale acizilor grași se floculează atunci când se adaugă soluție salină saturată (soluție de clorură de sodiu). Pot fi apoi separați de excesul de leșie, glicerină și apă. Astăzi, grăsimile sunt împărțite în principal în glicerină și acizi grași prin abur supraîncălzit. Notă: săpunurile sunt săruri de sodiu ale acizilor grași, adică acizi carboxilici neramificați cu puțin mai mult de 10 atomi de carbon. Acestea sunt create prin divizarea grăsimilor. Munca în grup 9
Dezavantaje ale săpunului Săpunul pur este rar folosit astăzi. Unele săpunuri pentru mâini sunt încă făcute din săpun pur. Săpunul are prea multe dezavantaje. Săpunul se adaugă doar detergenților pentru a regla spuma. Soluția apoasă de săpun este alcalină. Anionii de acizi grași (numiți și anioni de săpun) reacționează cu apa în următoarea reacție acid-bazică: C + H 2 C + H - - H acid gras anion acid gras Linia în zigzag reprezintă lanțul de hidrocarburi neramificat. Soluțiile apoase de săpun pot avea cu ușurință o valoare ph de peste 9. Cu toate acestea, soluțiile alcaline atacă multe textile și mai ales pielea. În plus, spălarea frecventă a mâinilor cu săpun slăbește grăsimea de pe piele și o usucă. Acizii grași insolubili se formează în soluție acidă: C - + H 3 + (aq) C + H 2 H acid gras anion acid gras Nu se spală niciodată cu săpun în apă acidă. Munca în grup 10
În apa de la robinet există întotdeauna ioni de calciu, în special mulți în așa-numita apă dură. Când se spală în apă tare, ionii de calciu se combină cu anionii săpunului (anionii acizilor grași) pentru a forma o sare puțin solubilă, așa-numitul săpun de var. 2 C + Ca 2+ (aq) - C - 2 Ca 2+ săpun de var anionic acid gras Dacă denumirea generală L - este utilizată pentru anionul acid gras, ecuația reacției este: 2 L - (aq) + Ca 2+ (aq) CaL 2 (s Săpunul de var se depune pe fibrele țesăturii. Cristalele de săpun de var taie fibrele textile. Țesătura devine gri, mată și fragilă. Munca în grup 11
Încercați să lucrați în perechi! 1. Valoarea ph a soluției de săpun Materiale: pahar de 400 ml, pH metru, săpun de caș, apă demineralizată Procedură: Spălați-vă mâinile cu săpun. Folosiți sticla pentru a clăti spuma în pahar. Asigurați-vă că obțineți cel puțin 100 ml de soluție de săpun. Acum măsurați valoarea ph a acestei soluții de săpun. Notează asta. 2. Formarea săpunului de var Materiale: 3 pahare 100 ml; soluție de săpun limpede, diluată; Soluție de clorură de calciu c (cacl 2) = 0,1 mol/l procedură: Umpleți fiecare dintre cele trei pahare cu aproximativ 30 ml de soluție de săpun. Se toarnă aproximativ aceeași cantitate în ambii pahare. Adăugați încet soluție de clorură de calciu la primul pahar până când vedeți o schimbare. Adăugați apă de la robinet în al doilea pahar și apă demineralizată în al treilea. Notează-ți observațiile. Discutați despre rezultate. 3. Precipitarea acizilor grași Materiale: pahar de 100 ml, soluție de săpun limpede, diluată; Acid acetic c (ch 3 CH) = 0,1 mol/l procedură: Se toarnă aproximativ 30 ml soluție de săpun în pahar și se adaugă încet acid acetic până când vedeți o schimbare. Notează-ți observațiile. Discutați despre rezultat. Lucrul în grup 12
Obiective de învățare 1. Cunoașteți structura generală a surfactanților. 2. Puteți explica modul în care agenții tensioactivi elimină murdăria din textile. 3. Știți diferența dintre surfactanții anionici și neionici. Munca în grup 15
Cum sunt structurați surfactanții? Toți agenții tensioactivi - cum ar fi anionul săpunului - se bazează pe același principiu structural. Au atât o parte polară, cât și una nepolare. În cele ce urmează vom reprezenta o particulă tensioactivă după cum urmează: parte nepolară parte polară Linia dreaptă reprezintă lanțul de hidrocarburi. Cercul reprezintă grupul capului polar. Surfactanții anionici au un cap încărcat negativ de care este atașat un lanț lung de carbon nepolar. Următorul agent tensioactiv anionic domină detergenții și agenții de curățare: S Linia în zig-zag reprezintă lanțul de hidrocarburi. - Schema Na +: (-) Surfactanții anionici au deplasat anionul săpun: H 3 C (-CH 2) n -C - (n = 10 până la 20). Lucrul în grup 16
Există, de asemenea, surfactanți neionici. De asemenea, sunt polari, deoarece lanțul lor lung de carbon este întrerupt în mod repetat de atomii de oxigen. Un singur grup H nu este suficient de polar! Surfactanții neionici sunt utilizați în detergenții de spălat vase și, mai recent, în detergenții lichizi. H schematic: (! +) Surfactant neionic (! ") Notă: Un agent tensioactiv este format dintr-o parte nepolară și o parte polară. Partea nepolară constă dintr-un lanț lung de hidrocarburi. Partea polară este formată dintr-un grup încărcat negativ (surfactanți anionici) sau din un grup de atomi de oxigen separați de doi atomi de carbon și un grup H (surfactanți neionici)
Cum se dizolvă surfactanții în apă? Dacă agenții tensioactivi sunt dizolvați în apă, nu înoată pur și simplu sălbatic. O moleculă de surfactant are două proprietăți contradictorii. Pe de o parte, are un grup polar. Acest grup „se simte foarte confortabil în apă”. Este responsabil pentru solubilitatea în apă a surfactanților. Pe de altă parte, molecula de surfactant are un lanț lung de carbon nepolar. Acest lanț de carbon este mai „timid de apă”. Ar prefera să fie printre proprii ei sau în aer. Aceste proprietăți înseamnă că agenții tensioactivi se acumulează pe suprafața apei. Dacă nu mai rămâne spațiu la suprafață, atunci se formează picături mici de surfactant în apă: picături de surfactant de apă de aer Lucrul în grup 18
Efectul de spălare al agenților tensioactivi Partea lungă nepolară a agenților tensioactivi se poate atașa cu ușurință de grăsime și alte particule de murdărie și le poate acoperi. Grupul polar de surfactanți asigură faptul că particulele de murdărie au o suprafață polară, adică iubitoare de apă. Acest lucru îl face solubil în apă. Următoarele desene arată fazele îndepărtării solului în timpul spălării: Surfactanții funcționează în același mod atunci când intră în contact cu ulei sau grăsimi. el nu se amestecă cu apă. Surfactanții pot emulsifica el în apă. Aceasta înseamnă că apa și apa se amestecă în prezența agenților tensioactivi. Munca în grup 19
Încercați să lucrați în perechi! 1. Comportamentul agenților tensioactivi din apă Materiale: vas de cristalizare, apă de la robinet, piper măcinat fin, lichid de spălat Procedură: Umpleți vasul cu apă. Presărați piper uniform pe suprafața apei. Puneți o picătură de detergent pe suprafața apei. Notează-ți observațiile. Ce se întâmplă cu agentul tensioactiv din detergent? Faceți o schiță. 2. Emulsionarea grăsimii Materiale: 2 eprubete, raft pentru eprubete, 2 dopuri de cauciuc, apă de la robinet, el, lichid de spălat Procedură: Puneți aproximativ un cm el. În ambele eprubete. Acum adăugați apă la ambele până când eprubeta este aproape jumătate plină. În cazul unei eprubete, adăugați aproximativ un cm de detergent. Închideți eprubeta cu degetul mare sau cu un dop de cauciuc și agitați puternic ambele eprubete. Notează-ți observațiile. Discutați despre rezultate. Lucrul în grup 20
Instrucțiuni pentru balsamurile din grupa 3 Prezentare generală Doza de detergent pentru diferite durități ale apei este indicată pe fiecare pachet de detergent. Cantitatea de balsam este, de asemenea, dozată cu cantitatea de detergent. Balsamurile sunt un ingredient important în detergenți. Scopul balsamului este explicat mai jos. Veți afla mai multe despre întreaga problemă a fosfatului și înlocuitorii fosfatului mai ecologici. Procedură Prima lecție: - Citiți textele despre balsamul de apă și notați. Urmăriți întotdeauna obiectivele de învățare. Efectuați experimentele despre modul în care funcționează schimbătoarele de ioni (45 min.). A doua lecție: - Rezolvați sarcinile din controlul învățării elevului (15 min.). - Gândiți-vă la ceea ce doriți să transmiteți colegilor de clasă în grupul de experți. Asigurați-vă că atingeți obiectivele de învățare descrise mai jos în clasa dvs. Dacă urmați sfaturile din mini-didactică, predarea vă va fi mai ușoară. (30 minute.). A 3-a lecție: - Vă aranjați în grupuri noi și vă învățați reciproc (45 min.). Este rândul tău ca terță sau terță parte. Ai 10 minute. Lucrul în grup 22
Obiective de învățare 1. Puteți explica unui profan în termeni simpli de ce apa de spălare trebuie înmuiată. 2. Sunteți familiarizați cu trei balsamuri obișnuite și cu principiul lor funcțional. 3. Știți de ce fosfații nu mai sunt folosiți ca dedurizatori astăzi. Lucrul în grup 23
Obiective de învățare 1. Citiți conținutul detergentului acasă și puteți explica scopul ingredientelor individuale. 2. Cunoașteți diferențele dintre un detergent pentru utilizare intensă, un detergent colorat și un concentrat de detergent. 3. Știi ce ingrediente sunt utile când și când sunt inutile. Munca în grup 31
Conținutul diferitelor tipuri de detergent Sarcină: Bifați fiecare detergent ce ingrediente conține. Detergent greu 30-95 C Detergent color 30-60 C Detergent ușor până la 40 C Detergent greu concentrat substanțe detergente anionice și neionice săpun balsam de apă înălbitor alcali săruri neutre enzime strălucitoare optice purtător de murdărie parfum de lucru în grup 32
Anexa 1: Răspunsuri la testele elevilor Răspunsuri la Capitolul 1: Săpunuri 1. Fabricarea săpunului a fost operată acum 1000 de ani. El sau mai ales grăsimile animale erau gătite împreună cu cenușă de lemn. Teoria este în secțiunea: „Dezvoltarea istorică a producției de săpun” 2. Săpunul are trei dezavantaje majore: 1. O soluție de săpun este de bază și atacă textilele și pielea. 2. Anionii săpunului absorb un proton și se formează acizi grași. Acizii grași nu se dizolvă în apă și, prin urmare, nu mai au niciun efect de spălare. 3. În apă tare, săpunul cu ioni de calciu formează săpun de var. Săpunul de var se depune pe țesătură și îl face gri și casant. Teoria se află în secțiunea: „Dezavantaje ale săpunului” 3. În ciuda proprietăților sale negative, săpunul este încă uneori folosit. Se adaugă detergenților astfel încât să nu se creeze prea multă spumă în timpul spălării. Unele săpunuri pentru mâini conțin încă săpun pur. Teoria se află în secțiunea: „Dezavantaje ale săpunului” Lucrul în grup 38
Răspunsuri la Capitolul 2: Surfactanți 1. Nr. 1 este o moleculă de săpun și are un efect de spălare. Nr. 2 nu prezintă niciun efect de spălare. Lui moleculă îi lipsește lungul lanț de carbon nepolar. Nr. 3 este un agent tensioactiv neionic. Lanțul lung de carbon și grupul polar al capului sunt prezente. Molecula are astfel un efect de spălare. Teoria este în secțiunea: „Cum arată surfactanții?” 2. Surfactanții se atașează de particulele de murdărie cu grupurile lor apolare. Grupurile polare ale agenților tensioactivi asigură faptul că particula de murdărie are o suprafață polară. Este astfel solubil în apă și nu mai poate fi depus. Teoria este în secțiunea: „Efectul de spălare al surfactanților” 3. Surfactanții anionici au un grup de cap încărcat negativ. Aceasta poate fi o grupare carboxil sau o grupare sulfat. Surfactanții neionici nu sunt încărcați. Grupul dvs. de cap polar este format din câțiva atomi de oxigen, fiecare separat de doi atomi de carbon. Surfactanții neionici sunt utilizați în detergenții de spălat vase și detergenții lichizi. Teoria este în secțiunea: „Cum arată surfactanții?” Munca în grup 39
Răspunsuri la Capitolul 3: Înmuiere 1. Duritatea apei depinde de conținutul de ioni Ca 2+ și Mg 2+ din apă. Cu cât conține mai mulți dintre acești ioni, cu atât este mai greu. Teoria se află în secțiunea: „Duritatea apei” 2. Înmuierile leagă ionii Ca 2+ și Mg 2+ și le mențin în soluție. Previn formarea sărurilor slab solubile (săpun de var, solzi). Teoria se află în secțiunea: „De ce conțin detergenți dedurizanți?” A treia selecție: combinație de NTA și zeolit Zeolit: - netoxic - fără efect pozitiv asupra efectului de spălare NTA: - biodegradabil - are un efect pozitiv asupra efectului de spălare - leagă posibil metalele grele; Prin urmare, trebuie utilizat numai în cantități mici. Dezavantaje ale celorlalte dedurizatoare de apă: Fosfatul: este interzis deoarece duce la supra-fertilizarea în apă. Citrat: ineficient la temperaturi ridicate. Teoria acestei întrebări poate fi găsită în: "Exemple de dedurizatori"
Răspunsuri la Capitolul 4: Ingrediente 1. - Substanțe active de spălare neionice și anionice: îndepărtați grăsimea și murdăria - Săpun: acționează ca un regulator de spumă - Zeoliți și NTA: înmoaie apa - Alcalii de spălare: crește valoarea pH - Săruri neutre: umplutură; Detergentul rămâne cu curgere liberă - înălbitor: murdărirea colorată este transformată în substanțe incolore prin descompunere oxidativă - purtător de murdărie: mențineți murdăria în soluție - enzime: îndepărtați petele care conțin proteine și amidon - agenți de înălbire optici: absorb lumina UV și emit lumină albastră - parfum: parfum 2. Nu are sens să folosiți un detergent pentru toate temperaturile. Componentele unui detergent greu sunt utilizate numai pentru 95 de rufe. Agenții de înălbire devin activi numai peste 60 C. Înălbitorul dintr-un detergent greu ajunge să fie neutilizat în apele uzate după 30-60 de spălări. Strălucitoarele optice sunt utile numai pentru rufele albe, pentru a evita aruncarea galbenă. Sunt inutile cu rufele colorate. Munca în grup 41
Anexa 2: Întrebări de control/testare a cadrelor didactice Seria A Puzzle parte a testului profesorului 1: 1. Imaginați-vă că ați fost transportat brusc înapoi în Evul Mediu. Săpunul nu este disponibil nicăieri. Cum ai ocazia să faci singur săpun? (K2) Scrie în câteva propoziții cum ai proceda. 2. În cercurile de mediu de astăzi, spălarea cu săpun pur se propagă din nou. Motivul este clar: săpunul este ecologic. Cu toate acestea, majoritatea populației se spală cu substanțe detergente sintetice. Dă două motive pentru care săpunul nu se va mai prinde la spălare. (K2) Puzzle-ul testului profesorului partea 2: 3. Următoarele substanțe nu sunt lavabile. Justificați în două propoziții de ce aceste țesături nu sunt active la spălare. (K3) a) H b) Na 2 C 3 c) CH 3 -CH 2 -CH 2 - S - Na + 4. O piesă de îmbrăcăminte are o pată de grăsime și o pată de sânge. Dacă acest articol de îmbrăcăminte este spălat într-o soluție pură de surfactant, numai pata de grăsime dispare, pata de sânge nu. De ce dispare doar pata de grăsime? Descrieți cum funcționează surfactanții. (K2) Puteți face și un desen pentru aceasta. Munca în grup 42
Puzzle-ul testului profesorului partea 3: 5. Recomandările de dozare pentru diferite durități ale apei sunt pe fiecare pachet de detergent. De ce trebuie folosită mai multă pulbere de spălat cu apă tare pentru a obține același efect de spălare ca și cu apa moale? (K3) Răspundeți în 4-6 propoziții. În primul rând, explicați diferența dintre apa dură și cea moale și cât de tare este apa dedurizată. Apoi, dați două motive pentru consumul crescut de detergent în apă dură. 6. NTA este un balsam de apă obișnuit. De cele mai multe ori, însă, este utilizat în cantități mici și în combinație cu alte balsamuri. Indicați motivul pentru care NTA este utilizat numai în cantități mici, în ciuda biodegradabilității sale bune. Testul profesorului partea 4: 7. Detergenții conțin două ingrediente diferite pentru îndepărtarea petelor de grăsime și proteine. Ce două substanțe sunt utilizate pentru a elimina petele de grăsime și proteine? (K1) 8. Spre deosebire de detergenții de gătit, detergenții coloranți (până la 60 C) nu conțin înălbitor. De ce nu se folosesc înălbitorii în detergenții coloranți? (K2). Explicați motivul în 2-3 propoziții și denumiți substanța care provoacă efectul de albire. Munca în grup 43
Răspunsuri seria A puzzle pentru testul profesorului partea 1: 1. Grăsimile erau disponibile și în Evul Mediu. Nu contează ce grăsime se ia (1P). Puteți face singur frasin de lemn (1P). Grăsimea și cenușa de lemn sunt fierte împreună. Apoi se adaugă soluție salină pentru a precipita săpunul (1P). Total: 3 puncte 2. Săpunul are următoarele dezavantaje la spălare: Soluția de săpun este de bază. Atacă textilele (1P). Săpunul formează săpun de tei cu ioni de calciu. Săpunul de tei se depune în țesătură și îl face plictisitor și fragil (1P). Dacă soluția de săpun este acidificată, se formează acizi grași care sunt insolubili în apă (1P). Total: 2 puncte testul profesorului puzzle partea 2: 3. a) Această moleculă nu este activă la spălare deoarece grupul capului nu este suficient de polar. Grupul apolar ar fi prezent (1P). b) Aceasta este o sare. Aici nu există un grup apolar (1P). c) Deși există o parte polară și una apolară a acestei molecule, coada apolară este prea scurtă (1p). Total: 3 puncte 4. Surfactanții pot dizolva doar grăsimea (1P). Lanțurile de carbon nepolare se atașează de grăsime. Grupurile capului polar ajută la aducerea picăturii de surfactant-grăsime în soluție (2P). Total: 3 puncte de lucru în grup 44