Mydlá
Kategorie: Chémia (celkem: 338 referátů a seminárek)
Mydlá
-1-Mydlá
Osobná hygiena patrí medzi základné ľudské potreby. Prvý čistiaci prostriedok, ktorý ľudia použili, bola určite voda. Jej účinok bol lepší, keď použili zásaditý roztok. Získali ho vylúhovaním popola z dreva (potaš - uhličitan draselný) horúcou vodou. Mydlo sa používalo už dávno, ale bolo veľmi vzácne. Najstarší opis výroby mydla sa našiel na asi 5000 rokov starých hlinených tabulách Sumerov. Aj Egypťania poznali mydlo už pred tisícročiami. Varili tuk so sódou, ktorú získali z Mŕtveho mora.
Čo je to mydlo? Počas varenia tuku so zásadito reagujúcimi soľami napr. uhličitanom draselným (potaš) alebo uhličitanom sodným (sóda), vznikajú mydlá. Od 19. storočia sa varí tuk aj s roztokmi hydroxidov. Spôsob “varenia mydla“ sa dodnes zmenil iba veľmi málo.
Od tuku k mydlu. Mydlo sa vyrába najmä z rastlinných olejov a tukov, ale využíva sa aj odpadový tuk zvierat. Tuk sa dlhé hodiny varí v kotle s hydroxidom sodným alebo draselným. Tuky, prírodné estery, sa vodou štiepia na mastné kyseliny a glycerol. Od tohto procesu pochádza dávnejšie používaný názov pre hydrolýzu esterov – zmydelňovanie.
Mastné kyseliny tvoria s hydroxidmi sodné alebo draselné soli – mydlá. S hydroxidom sodným sa tvorí tuhé jadrové mydlo, s hydroxidom draselným mazľavé mydlo.
C17H33COOH + KOH C17H33COOK + H2O
olejan draselný (mazľavé mydlo)
C17H35COOH + NaOH C17H35COONa + H2O
stearan sodný (jadrové mydlo)
Mydlá sú soli mastných kyselín s alkalickými kovmi.
Mydlo aj glycerol sú látky rozpustné vo vode, preto sa musia počas výroby oddeliť. Pridaním chloridu sodného sa zníži rozpustnosť vo vode („vysoľovanie“). Vytvorí sa tuhé mydlové jadro. Glycerol zostane v roztoku. Mydlové jadro sa suší a po pridaní rôznych prísad sa lisuje na kúsky.
Priemyselná výroba mydla. Moderná priemyselná výroba mydla prebieha v dvoch stupňoch. Najprv sa tuky štiepia horúcou vodnou parou (180°C) v tlakových kotloch (hydrolýza). Nerozpustné kyseliny sa po vychladnutí ľahko oddelia od rozpustného glycerolu. V druhom stupni reagujú mastné kyseliny s hydroxidom sodným alebo lacnejším uhličitanom sodným. Vzniká mydlo:
2C17H35COOH + Na2CO3 2C17H35COONa +H2CO3 CO2 +H2O
Mastné kyseliny, ktoré sa získavajú štiepením tukov, nestačia pokryť súčastnú spotrebu mydla. Vyrábajú sa aj katalytickou oxidáciou alkánov s dlhým reťazcom.
Prečo pôsobí mydlo ako tenzid? Na rozdiel od hydrofóbnych mastných kyselín sa mydlá rozpúšťajú vo vode, pretože sú zložené z iónov.
Vodné roztoky mydla obsahujú ióny Na+ alebo K+ a anióny mastných kyselín s dlhým reťazcom. Ak by zmáčací účinok mydlového roztoku spôsobovali katióny, mohli by sme prať aj v roztoku kuchynskej soli.
-2-
Ak roztopenú kyselinu stearovú nalejeme do vody, stuhne po ochladení na vodnej hladine. Vrstva kyseliny je na spodnej strane zmáčaná, na vrchnej strane sú však iba kvapky vody. Molekuly kyseliny stearovej sa počas chladnutia usporiadajú tak, že sa hydrofilnou karboxylovou skupinou ponoria do vody a hydrofóbny alkylový zvyšok sa vytlačí na hladinu.
Anióny mydiel sa správajú podobne. Po nasypaní práškovej síry na hladinu vody sa prášok sústredí na okraj nádoby hneď po ponorení mydla do vody. To je dôkaz, že anióny mydla sa prednostne umiestnia na povrchu vody. Príťažlivé sily medzi molekulami sa výrazne zmenšia; zníži sa povrchové napätie vody.
Štruktúra aniónu mydla. Záporne nabitá časť aniónu mydla – hydrofilná skupina –COO- sa vtláča medzi molekuly vody. Hydrofóbny alkylový reťazec preniká cez rozhranie a vyčnieva z vody. Anióny mydla sa zhromažďujú na rozhraní medzi hydrofilnou a hydrofóbnou látkou. Vznikom peny sa zväčšuje rozhranie medzi vodou a vzduchom. Vznik peny názorne dokazuje povrchovú aktivitu aniónov mydla. Po úplnom obsadení povrchu vody sú anióny mydla vťahované do vody, kde vytvárajú súbory v tvare gúľ. Tento tvar umožňuje smerovanie hydrofilných skupín –COO- do vody. Mydlo umožňuje zmáčanie a odstraňuje nečistotu. Vlastný prací účinok mydlového roztoku spočíva v povrchovej aktivite aniónov mydla. Anióny mydla sa zhromažďujú na rozhraní medzi hydrofilnou a hydrofóbnou látkou, preto sú mimoriadne účinné pri odstraňovaní mastných nečistôt z vláken. Na mastnom povrchu, aj na vláknach, sa anióny mydla usporiadajú tak, že hydrofilná časť smeruje do vody, zatiaľ čo hydrofóbny alkylový zvyšok sa zachytí na vláknach. Zníži sa povrchové napätie a vlákno sa zmáča. Povrch vlákna, aj mastný povrch získa pomocou aniónov mydla záporný náboj. Vzájomné odpudzovanie umožňuje odstránenie nečistoty.
Mydlo pôsobí ako emulgátor. Zmes vody a oleja sa po krátkom čase oddelí. Mydlový roztok tvorí s olejom emulziu, ktorá je stála niekoľko dní. Jemné kvapôčky oleja sú obalené aniónmi mydla, pretože hydrofóbne alkylové zvyšky sa naviažu na olej. Skupiny –COO- sú obrátené smerom do vody, teda kvapky oleja majú záporný náboj a navzájom sa odpudzujú; nemôžu sa opäť spojiť. Kvapky oleja sa vznášajú vo vode, tvorí sa emulzia.
Mydlo má dispergačný účinok. Aj tuhé nečistoty sa obalia aniónmi mydla.
Pretože majú záporný naboj, zostávajú jemne rozptýlené (dispergované) v pracom roztoku. Oddelené čiastočky oleja alebo nečistoty sa navzájom odpudzujú, pretože majú mydlový obal s rovnakým nábojom. Oddelenie nečistôt podporuje teplá voda alebo mechanické pôsobenie (napr. trenie). Nevýhody mydla. Mydlový roztok je dobrý čistiaco prostriedok na nečistoty obsahujúce oleje a tuky. Má však aj vlastnosti, ktoré obmedzujú jeho použitie ako čistiaceho prostriedku. Zráža sa s tvrdou vodou, spôsobuje splstnatenie vody, páli v očiach a dráždi citlivú pokožku. Príčina je v reakcii mydla s vodou.
-3-
Zásaditá reakcia mydla. Roztok mydla v alkohole reaguje neutrálne. Po pridaní vody sa fenolftaleín sfarbí na červeno. Znamená to že vodný roztok mydla reaguje zásadito. Vznikajú hydroxidové ióny, ktoré výrazne zlepšujú podporujú čistiaci účinok mydla, ale nepriaznivo pôsobia na pokožku a vlákna tkanív.
C17H35COO- + H2O C17H35COOH + OH-
Pôsobenie mydla v tvrdej vode. Prečo mydlový roztok nepení vždy rovnako? Príčina nie je v mydle ale vode. Pokus s rôznymi vzorkami vody ukazuje, že v mäkkej vode sa tvorí bohatšia pena ako v tvrdej vode. Znamená to, že anióny mydla reagujú s iónmi vápnika a horčíka prítomnými vo vode. Tvorí sa biela vločkovitá zrazenina „vápenného mydla“. Nepriaznivo ovplyvňuje pružnosť tkanín a spôsobuje sivosť tkanín. Prádlo je tvrdé a krehké, stráca schopnosť sať a žltne. Vápenné mydlo nemá emulgačný účinok a nie je povrchovo aktívne. Čím je voda tvrdšia, tým je väčšia spotreba mydla.
C17H35COO- + Ca2+ (C17H35COO)2Ca – stearan vápenatý (vápenné mydlo)
Pôsobenie mydla v roztokoch. Nielen soli vápnika a horčíka, ale aj iné soli tvoria s aniónmi mydla ťažko rozpustné zrazeniny.
Prací účinok mydla znižujú aj soli, ktoré sa nachádzajú vo veľmi prepotenej bielizni, ale aj kyseliny, ktoré obsahuje pot. V prítomnosti kyselín reagujú anióny mydla s oxóniovými katiónmi H3O+. Vznikajú mastné kyseliny, ktoré sa vo vode vylučujú ako biele vločky.
C17H35COO- + H3O+ C17H35COOH + H2O
Roztok mydla je citlivý na prítomnosť solí a kyselín. Vodný roztok mydla reaguje zásadito.