Мило та миючі засоби - Завантажити PDF безкоштовно
Групові заняття Мило та миючі засоби Предмет Тип школи Рівень школи Попередні знання Робочий час Автори Науковий керівник Хімія Вища школа Торік Клас хімії Електронне парне зв’язування, іонний зв’язок, кислотно-основні реакції, полярність, карбонові кислоти 3 уроки Рут Бауманн Моніка Блеттлер Др. Rita Berholzer 2-а версія 12 серпня 1994 р. Шкільна проба для викладання навчального класу KS Im Lee, Winterthur, серпень 1993 р
Зміст Стор. 2: Контроль/тест викладача 43 Додаток 3: Додаткові матеріали 52 Додаток 4: Використані джерела 53 Додаток 5: Джерела, використані авторами 53 Групова робота 3
Інструкція по застосуванню Чотири теми щодо миючих засобів розроблені з використанням так званого "методу головоломки". Кожен студент проходить такі три етапи: 1. Набуття знань: Ви отримуєте документи на одну з чотирьох тем, що стосуються миючих засобів. Ви пройдете це на першому уроці (45 хв.). На початку другого уроку ви перевіряєте свої знання (15 хв.). 2. Експертна група: Ви зустрічаєтесь з іншими однокласниками, які працювали над тією ж темою, що і ви в групі експертів. Як майбутні "викладачі" ви будете разом обговорювати, як ви хочете викладати свою тему іншим студентам (30 хв.). 3 клас: Ви влаштовуєте себе в нові групи. Зараз у кожній групі є члени кожної експертної групи. Кожен фахівець вчить інших однокласників своїй темі (10 хвилин на тему). Групова робота 4
Цілі навчання 1. Ви будете знати, як виробництво мила змінювалось протягом століть. 2. Ви можете сказати, де використання мила має сенс сьогодні. 3. Ви знаєте всі недоліки мила. Групова робота 7
При нагріванні розчином гідроксиду натрію жир розщеплюється на гліцерин та аніони жирних кислот: Приклад: 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 _ жир + розчин гідроксиду натрію гліцерин + натрієва сіль жирних кислот Натрієві солі жирних кислот флокулюють при додаванні насиченого сольового розчину (розчину хлориду натрію). Потім їх можна відокремити від надлишку лугу, гліцерину та води. Сьогодні жири в основному розпадаються на гліцерин та жирні кислоти за допомогою перегрітої пари. Примітка: Мило - це солі натрію жирних кислот, тобто нерозгалужених карбонових кислот з трохи більше 10 атомами вуглецю. Вони створюються розщепленням жирів. Групова робота 9
Недоліки мила Чисте мило сьогодні використовується рідко. Деякі мила для рук все ще роблять із чистого мила. Мило має занадто багато недоліків. Мило додається лише до миючих засобів для регулювання піни. Водний мильний розчин лужний. Аніони жирних кислот (їх також називають мильними аніонами) реагують з водою в такій кислотно-лужній реакції: C + H 2 C + H - - H аніон жирних кислот жирна кислота Зигзагоподібна лінія означає нерозгалужений вуглеводневий ланцюг. Водні мильні розчини можуть легко мати значення pH понад 9. Однак лужні розчини атакують багато текстильних виробів і особливо шкіру. Крім того, часте миття рук з милом розпушує жир з шкіри і висушує її. Нерозчинні жирні кислоти утворюються в кислому розчині: C - + H 3 + (aq) C + H 2 H жирна кислота аніон жирна кислота Ніколи не мити з милом у кислій воді. Групова робота 10
У водопровідній воді завжди є іони кальцію, особливо багато у так званій жорсткій воді. При пранні в жорсткій воді іони кальцію поєднуються з мильними аніонами (аніонами жирних кислот), утворюючи важко розчинні солі, так зване вапняне мило. 2 C + Ca 2+ (aq) - C - 2 Ca 2+ аніонне вапняне мило Якщо загальне позначення L - використовується для аніону жирних кислот, рівняння реакції: 2 L - (aq) + Ca 2+ (aq) CaL 2 (s) ) Вапняне мило осідає на тканинних волокнах. Кристали вапняного мила розрізають текстильні волокна. Тканина стає сірою, матовою і крихкою. Групова робота 11
Спробуйте працювати в парах! 1. Значення рН мильного розчину Матеріали: склянка 400 мл, рН-метр, сирне мило, демінералізована вода Процедура: Вимийте руки з милом. Використовуйте пляшку для бризок, щоб промити піну в склянку. Обов’язково отримайте не менше 100 мл мильного розчину. Тепер виміряйте значення рН цього мильного розчину. Запишіть це. 2. Формування вапняного мила Матеріали: 3 склянки по 100 мл; розведений, прозорий мильний розчин; Розчин хлориду кальцію c (cacl 2) = 0,1 моль/л Процедура: Наповніть кожну з трьох склянок приблизно 30 мл мильного розчину. Налийте приблизно однакову кількість в обидва мензурки. Повільно додайте розчин хлориду кальцію до першої склянки, поки не побачите змін. Додайте водопровідну воду до другого склянки та демінералізовану воду до третього склянки. Запишіть свої спостереження. Обговоріть результати. 3. Опадання жирних кислот Матеріали: 100 мл склянка, розведений, прозорий мильний розчин; Оцтова кислота c (ch 3 CH) = 0,1 моль/л Процедура: Налийте в склянку приблизно 30 мл мильного розчину і повільно додайте оцтову кислоту, поки не побачите змін. Запишіть свої спостереження. Обговоріть результат. Групова робота 12
Цілі навчання 1. Ви знаєте загальну будову ПАР. 2. Ви можете пояснити, як поверхнево-активні речовини видаляють бруд із текстилю. 3. Ви знаєте різницю між аніонними та неіоногенними ПАР. Групова робота 15
Як структуровані ПАР? Всі поверхнево-активні речовини - як мильний аніон - засновані на одному і тому ж структурному принципі. Вони мають як полярну, так і неполярну частину. Далі ми покажемо частинку поверхнево-активної речовини наступним чином: неполярну частину полярну частину Пряма лінія означає вуглеводневий ланцюг. Коло означає групу полярних голів. Аніонні ПАР мають негативно заряджену головку, до якої прикріплений довгий неполярний вуглецевий ланцюг. Наступні аніонні поверхнево-активні речовини домінують серед миючих засобів та засобів для чищення: S Зигзагоподібна лінія означає вуглеводневу ланцюг. - Na + схематично: (-) Аніонні поверхнево-активні речовини витіснили мильний аніон: H 3 C (-CH 2) n -C - (n = 10 до 20). Групова робота 16
Існують також неіоногенні ПАР. Вони також полярні, оскільки їх довгий вуглецевий ланцюг неодноразово переривається атомами кисню. Одна лише група Н недостатньо полярна! Неіоногенні поверхнево-активні речовини використовуються в мийних засобах для миття посуду, а останнім часом і в рідких миючих засобах. H схематично: (! +) Неіонна поверхнево-активна речовина (! ") Примітка: Поверхнево-активна речовина складається з неполярної та полярної частин. Неполярна частина складається з довгого вуглеводневого ланцюга. Полярна частина складається з негативно зарядженої групи (аніонних ПАР) або група атомів кисню, розділених двома атомами вуглецю та H-групою (неіонні поверхнево-активні речовини)
Як ПАР розчиняються у воді? Якщо поверхнево-активні речовини розчинені у воді, вони не просто дико плавають навколо. Молекула ПАР має дві суперечливі властивості. З одного боку, вона має полярну групу. Ця група "дуже комфортно почувається у воді". Він відповідає за хорошу розчинність ПАР у воді. З іншого боку, молекула ПАР має довгий неполярний вуглецевий ланцюг. Цей вуглецевий ланцюг більш "сором'язливий до води". Вона воліє бути серед собі подібних або в повітрі. Ці властивості означають, що поверхнево-активні речовини накопичуються на поверхні води. Якщо на поверхні більше не залишається місця, тоді у воді утворюються невеликі краплі поверхнево-активної речовини: повітря - краплі поверхнево-активної речовини Група робота 18
Миючий ефект поверхнево-активних речовин Довга неполярна частина поверхнево-активних речовин може легко прикріпитися до жиру та інших частинок бруду і покрити їх. Полярна група ПАР забезпечує, щоб частинки бруду мали полярну, тобто водолюбну поверхню. Це робить його розчинним у воді. На наступних кресленнях показані фази видалення ґрунту під час промивання: Поверхнево-активні речовини працюють однаково при контакті з олією або жиром. ель не змішується з водою. Поверхнево-активні речовини можуть емульгувати ель у воді. Це означає, що вода і вода змішуються в присутності поверхнево-активних речовин. Робота в групах 19
Спробуйте працювати в парах! 1. Поведінка ПАР у воді Матеріали: посуд, що кристалізується, вода з-під крана, дрібно мелений перець, рідина для миття Процедура: Наповніть посуд водою. Рівномірно посипте перцем поверхню води. Покладіть краплю миючого засобу на поверхню води. Запишіть свої спостереження. Що відбувається з ПАР у миючому засобі? Зробіть ескіз. 2. Емульгування жиру Матеріали: 2 пробірки, стійка для пробірок, 2 гумові пробки, водопровідна вода, ель, рідина для миття Процедура: Покладіть приблизно один см ел. В обидві пробірки. Тепер додайте в обидві води, поки пробірка не заповниться приблизно наполовину. У разі пробірки додайте приблизно один см миючого засобу. Закрийте пробірку великим пальцем або гумовою пробкою та енергійно струсіть обидві пробірки. Запишіть свої спостереження. Обговоріть результати. Групова робота 20
Інструкції щодо пом’якшувачів групи 3 Огляд Дозування миючого засобу для різної жорсткості води вказано на кожній упаковці миючого засобу. Кількість пом’якшувача також дозується кількістю миючого засобу. Пом'якшувачі є важливим інгредієнтом миючих засобів. Призначення пом’якшувача пояснено нижче. Ви дізнаєтесь більше про всю проблему фосфатів та екологічно чистіші замінники фосфатів. Процедура 1-й урок: - Прочитайте тексти про пом’якшувач води та зробіть примітки. Завжди стежте за навчальними цілями. Виконайте експерименти щодо роботи іонообмінників (45 хв.). 2-й урок: - Розв’яжіть завдання в навчальному контролі студента (15 хв.). - Подумайте, що ви хочете донести до своїх однокласників у групі експертів. Переконайтеся, що ви досягли навчальних цілей, описаних нижче у своєму класі. Якщо ви будете слідувати порадам у міні-дидактиці, викладання буде для вас простішим. (30 хв.). 3-й урок: - Ви влаштовуєтесь у нові групи та навчаєте один одного (45 хв.). Ваша черга як третя або третя сторона. У вас є 10 хвилин. Групова робота 22
Цілі навчання 1. Ви можете пояснити неспеціалісту простими словами, чому воду для миття потрібно пом’якшити. 2. Ви знайомі з трьома поширеними пом’якшувачами та їх функціональним принципом. 3. Ви знаєте, чому фосфати сьогодні більше не використовуються як пом’якшувачі. Групова робота 23
Цілі навчання 1. Ви читаєте вміст миючого засобу вдома і можете пояснити призначення окремих інгредієнтів. 2. Ви знаєте відмінності між сильним миючим засобом, кольоровим миючим засобом та концентратом миючого засобу. 3. Ви знаєте, які інгредієнти корисні, коли і коли вони зайві. Групова робота 31
Вміст різних видів миючих засобів Завдання: Позначте кожен миючий засіб, які інгредієнти він містить. Сильний миючий засіб 30-95 C Колірний миючий засіб 30-60 C м'який миючий засіб до 40 C Сильний миючий засіб концентрат аніонні та неіоногенні миючі речовини мило пом'якшувач води відбілювач миття луги нейтральні солі ферменти оптичні відбілювачі бруд носій парфумерна група 32
Додаток 1: Відповіді на тести учнів Відповіді на розділ 1: Мило 1. Виробництво мила діяло 1000 років тому. Ель або особливо тваринні жири готували разом з деревною золою. Теорія знаходиться в розділі: "Історичний розвиток виробництва мила". 2. Мило має три основні недоліки: 1. Мильний розчин є основним і атакує текстиль та шкіру. 2. Мильні аніони поглинають протон, і утворюються жирні кислоти. Жирні кислоти не розчиняються у воді і тому більше не мають миючого ефекту. 3. У жорсткій воді мило з іонами кальцію утворює вапняне мило. Вапняне мило осідає на тканині і робить її сірою та крихкою. Теорія знаходиться в розділі: "Недоліки мила" 3. Незважаючи на свої негативні властивості, мило все ще іноді використовують. Його додають в миючі засоби, щоб під час прання не з’явилося занадто багато піни. Деякі мила для рук все ще містять чисте мило. Теорія знаходиться в розділі: "Недоліки мила" Робота в групі 38
Відповіді на розділ 2: Поверхнево-активні речовини 1. №1 - це молекула мила і має миючий ефект. № 2 не виявляє ефекту миття. Цій молекулі не вистачає довгого неполярного вуглецевого ланцюга. № 3 - неіоногенне ПАР. Присутні довгий вуглецевий ланцюг і група полярних голів. Таким чином, молекула має миючий ефект. Теорія знаходиться в розділі: "Як виглядають ПАР?" 2. Поверхнево-активні речовини прикріплюються до частинок бруду своїми аполярними групами. Полярні групи ПАР гарантують, що частинки бруду мають полярну поверхню. Таким чином, він розчинний у воді і більше не може осідати. Теорія знаходиться в розділі: «Миючий ефект поверхнево-активних речовин» 3. Аніонні поверхнево-активні речовини мають негативно заряджену головну групу. Це може бути карбоксильна група або сульфатна група. Неіоногенні ПАР не завантажуються. Ваша група полярних голів утворена кількома атомами кисню, кожен розділений двома атомами вуглецю. Неіоногенні поверхнево-активні речовини використовуються в миючих засобах для посуду та рідких миючих засобах. Теорія знаходиться в розділі: "Як виглядають ПАР?" Групова робота 39
Відповіді на розділ 3: Пом'якшувачі 1. Жорсткість води залежить від вмісту у воді іонів Ca 2+ та Mg 2+. Чим більше цих іонів містить вода, тим вона твердіша. Теорія знаходиться в розділі: "Жорсткість води". 2. Пом'якшувачі зв'язують іони Са 2+ і Mg 2+ і утримують їх у розчині. Вони запобігають утворенню погано розчинних солей (вапняне мило, накип). Теорія знаходиться в розділі: "Чому миючі засоби містять пом’якшувачі?" 3-й вибір: Комбінація NTA та цеоліту Цеоліт: - нетоксичний - відсутність позитивного впливу на миючий ефект NTA: - біологічно розкладається - позитивно впливає на миючий ефект - можливо, зв’язує важкі метали; тому слід використовувати лише у невеликих кількостях. Недоліки інших пом'якшувачів води: Фосфат: заборонено, оскільки він призводить до надмірного запліднення у водах. Цитрат: неефективний при високих температурах. Теорію цього питання можна знайти в: "Приклади пом'якшувачів води"
Відповіді на розділ 4: Інгредієнти 1. - Неіонні та аніонні миючі активні речовини: видаляють жир і бруд - Мило: діє як регулятор піни - Цеоліти та НТА: пом’якшують воду - Миючі луги: збільшують значення рН - Нейтральні солі: наповнювач; Миючий засіб залишається сипучим - відбілювач: кольорові забруднення перетворюються в безбарвні речовини шляхом окисного розкладання - носії бруду: утримуйте бруд у розчині - ферменти: видаляйте плями, що містять білок та крохмаль - оптичні відбілювачі: поглинають УФ-світло і випромінюють синє світло - парфуми: аромат 2. Немає сенсу використовувати один миючий засіб при будь-яких температурах. Компоненти миючого засобу для важких навантажень використовуються лише для 95 пралень. Відбілювачі активізуються лише при температурі вище 60 C. Відбілювач у важкому миючому засобі залишається невикористаним у стічних водах після 30-60 промивань. Фізичні відбілювачі корисні лише для білої білизни, щоб уникнути жовтого лиття. Вони марні з кольоровою білизною. Групова робота 41
Додаток 2: Контроль/тестові запитання для вчителів Серія A Тестова головоломка для вчителя, частина 1: 1. Уявіть, що вас раптово перенесли назад у Середні віки. Мило немає ніде. Як у вас є можливість зробити мило самостійно? (K2) Напишіть кількома реченнями, як би ви діяли далі. 2. В екологічних колах сьогодні миття чистим милом розповсюджується знову. Причина зрозуміла: мило екологічно чисте. Тим не менше, більшість населення миється синтетичними миючими речовинами. Наведіть дві причини, чому мило більше не застигає при пранні. (K2) Тестова головоломка вчителя, частина 2: 3. Наведені нижче речовини не можна мити. Обґрунтуйте двома реченнями, чому ці тканини не активні в пранні. (K3) a) H b) Na 2 C 3 c) CH 3 -CH 2 -CH 2 - S - Na + 4. На одязі є пляма жиру та кров. Якщо цей предмет одягу випрати в чистому розчині ПАР, лише жирова пляма відходить, пляма крові - ні. Чому зникає лише пляма жиру? Опишіть, як працюють ПАР. (K2) Ви також можете зробити для цього малюнок. Групова робота 42
Тест-головоломка для вчителя, частина 3: 5. Рекомендації щодо дозування для різної жорсткості води містяться на кожній упаковці миючого засобу. Чому більше прального порошку потрібно використовувати з жорсткою водою, щоб досягти того ж ефекту прання, що і з м’якою водою? (К3) Відповідь у 4-6 реченнях. Спочатку поясніть різницю між жорсткою та м’якою водою та тим, як жорстка вода пом’якшується. Потім наведіть дві причини збільшення споживання миючого засобу в жорсткій воді. 6. NTA - звичайний пом’якшувач. Однак переважно він використовується в невеликих кількостях і в поєднанні з іншими пом'якшувачами води. Вкажіть причину, чому NTA використовується лише у невеликих кількостях, незважаючи на хорошу біологічну здатність до розкладання. Тест-головоломка вчителя, частина 4: 7. Миючі засоби містять два різні інгредієнти для видалення жирових і білкових плям. Які дві речовини використовуються для виведення жирових або білкових плям? (K1) 8. На відміну від миючих засобів, кольорові миючі засоби (до 60 С) не містять відбілювачів. Чому відбілювачі не використовуються в кольорових миючих засобах? (К2). Поясніть причину у 2-3 реченнях і назвіть речовину, що викликає ефект відбілювання. Групова робота 43
Серія відповідей Тест-головоломка для вчителя, частина 1: 1. Жири також були доступні в середні віки. Не має значення, який жир береться (1P). Ви можете зробити деревну золу самостійно (1P). Жир і деревна зола готуються разом. Потім додають фізіологічний розчин для осадження мила (1P). Разом: 3 бали 2. Мило має такі недоліки при пранні: Мильний розчин є основним. Він атакує текстиль (1P). Мило утворює вапняне мило з іонами кальцію. Вапняне мило осідає в тканині і робить її тьмяною і крихкою (1P). Якщо мильний розчин підкислений, утворюються жирні кислоти, нерозчинні у воді (1Р). Разом: 2 бали тест-завдання головоломки, частина 2: 3. а) Ця молекула не активна при митті, оскільки група голів недостатньо полярна. Була б присутня аполярна група (1P). б) Це сіль. Тут немає аполярної групи (1P). в) Хоча в цій молекулі є полярна та аполярна частини, аполярний хвіст занадто короткий (1р). Разом: 3 бали 4. Поверхнево-активні речовини можуть розчиняти лише жир (1P). Неполярні вуглецеві ланцюги прикріплюються до жиру. Групи полярних голів допомагають перевести краплю ПАР-жир у розчин (2P). Разом: 3 бали групова робота 44