Определение щелочности моющих средств

Определение состава мыла

работа к презентации: Определение состава мыла

Скачать:

Вложение Размер
opredelenie_sostava_myla_prakticheskaya.doc 181 КБ

Предварительный просмотр:

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Физико-математическая школа №56»

«Определение состава мыла»

Морозова Анастасия Сергеевна,

Цыренова Руслана Викторовна,

учитель химии высшей категории.

г. Улан-Удэ

2.2. Химический состав мыла и классификация.………………………….……….…. 6-7

2.3.Физические свойства, получение и применение …………………………………..7-11

III. Практическая часть

3.1. Определение примесей, содержащихся в мыле… .………………..…. .…………. 12

3.2. Вычисление щёлочности мыла по данным титрования ………………..………. 12-13

3.3. Вычисление содержания жирных кислот в мыле по связанной щёлочности. ……..13

3.4. Определение содержания воды в мыле. ………………. ………………………….13-14

3.5. Определение качества мыла различных марок…………………………………. 14

Пожалуй, в детстве мама чаще других вопросов задавала один: «Руки с мылом мыла?» Все без исключения знают, что немытые или плохо вымытые руки могут стать причиной как маленького расстройства желудка, так и таких серьезных заболеваний, таких как кишечные инфекции, холера, гепатит А, полиомиелит и т. д. Но далеко не все задумываются, из чего сделано мыло, которым мы пользуемся. Что такое мыло?

Мы привыкли, что мыло – это ароматный брусочек, который под воздействием воды растворяется и пенится. Эта пена смывает грязь, и руки оказываются чистыми. Элементарные знания химии позволяют дать более точное объяснение: молекулы, из которых состоит мыло, объединяются с неполярными молекулами веществ, оказавшихся на руках (жир, грязь и т. п.). Эти же мыльные молекулы легко соединяются и с полярными молекулами воды. Получается, что химический состав мыла – своеобразный посредник между водой и жирными загрязнениями. Мыло соединяется с молекулами грязи и «цепляется» к воде. А вода, в свою очередь, смывает эти соединения с кожи рук.

Молекула мыла вытянута в змейку, у которой хвостик гидрофобный, а головка – гидрофильная. Гидрофобный, то есть жирорастворимый хвостик, погружаясь в загрязнение, прочно соединяется с ним. Головка же обращается к молекулам воды. Такая система капель называется мицелла. Мицеллы образуются мгновенно и сковывают молекулы жира. Вода же под воздействием того, из чего сделано мыло, становится мягче и еще «жиже». Эти новые свойства позволяют ей проникать глубоко в ткани и вымывать оттуда всевозможные загрязнения.

Как же определить, сколько нужно мыла? Самый простой способ – добиться пенообразования. Ведь наличие мыльной пены свидетельствует об изобилии несвязанных жировыми молекулами мыльных образований в мицеллы. Поскольку все мицеллы отрицательно заряжены, они отталкиваются друг от друга и не могут объединиться. Но достаточно появиться небольшой капле жира, и часть несвязанных молекул мыльного раствора сольется с ней в более устойчивое соединение. А связанные молекулы моющего средства не могут давать пенные образования. Тогда каков же химический состав мыла?

Это продукты взаимодействия щелочи и кислоты. В природе мы часто встречаем по отдельности и первое, и второе, но мыла в природе нет. И хотя производство мыла – дело нехитрое, но оно все же требует определенных знаний и умений.

С одной стороны, синтезированные продукты окружают нас повсеместно, и ничего страшного в этом нет. С другой – хочется пользоваться настоящим, то есть натуральным продуктом. Состав хозяйственного мыла (ГОСТ различает 3 вида) характеризуется большим содержанием жирных кислот и щелочи. Собственно, по содержанию кислот, натуральных растительных и животных масел и щелочей мыло бывает таких категорий: не менее 70,5 %, не менее 69% и не менее 64%. Этот вид мыла совершенно не вызывает аллергии, что позволяет применять его даже для детских вещей. Хозяйственное мыло рассматривается как натуральный антисептик. Современные производители добавляют в мыла различные примеси для придания цвета и запаха. Нам рекламируют различные средства гигиены, но обращаем ли мы внимание на состав этих средств?

Проблема выбора моющего средства, удовлетворяющего требованиям потребителя, проблема сочетания цены и качества является крайне актуальной. Также Интересна реклама, пропагандирующая использование дорогих сортов мыла.

Цель данной работы: проверить свойства и состав различных мылов и в процессе работы предполагается подтвердить или опровергнуть гипотезу о том, что дорогие сорта мыла обладают лучшим составом и свойствами по сравнению с более дешёвыми.

  • исследовать литературу по данной теме;
  • выбрать методики определения свойств и состава мыла;
  • освоить технологию проведения эксперимента;
  • сравнить свойства и состав различных сортов мыла;
  • сделать выводы по данной работе.

2.1. История создания

Мыла — соли высших жирных (С 8 -С 18 ), нафтеновых и смоляных кислот; одни из основных моющих средств. Технические смеси водорастворимых (калиевых, натриевых, аммониевых и три-этаноламмониевых) солей этих кислот называют щелочными мылами, водонерастворимые соли, содержащие металлы II, III и других групп (например, Са, Mg, Ni, Mn, Al, Co, Pb и других) — металлическими. Щелочные мыла получают главным образом из стеариновой, пальмитиновой, лауриновой, олеиновой, нафтеновых кислот, канифоли и таллового масла .

Мыло начали изготавливать ещё в древних цивилизациях, таких как Шумер и Вавилон (около 2800 г. до н. э.). Описание технологии производства мыла было найдено в Месопотамии на глиняных табличках, относящихся примерно к 2200 г. до н. э. Египетский папирус середины второго тысячелетия до нашей эры свидетельствует, что египтяне регулярно употребляли мыло в омовениях. Широко применяли подобные моющие средства и в Древнем Риме , где впервые встречается упоминание мыла ( лат. sapo , затем перешедшее во многие романские языки ) у Плиния Старшего в « Естественной истории ».

Доказано, что масла биологического происхождения хорошо снимают загрязнения с поверхности кожи. Это легко заметить при употреблении жирной пищи руками, например жареного на костре мяса. В то время, как в южных широтах для мытья проще было использовать растительное масло, в северных это могло быть затруднительным ввиду дороговизны сырья. А топлёный животный жир получать в условиях севера ощутимо легче. Учитывая, что для топления зачастую использовали открытый огонь, смешение топлёного жира с золой или песком — вопрос времени. В дальнейшем необходимо лишь подобрать оптимальный состав жиров для получения однородной эргономичной и приятной смеси.

В 1808 году французский химик Мишель Эжен Шеврёль (1786−1889) по просьбе владельцев текстильной фабрики установил состав мыла. В результате анализа оказалось, что мыло — это натриевая соль высшей жирной (карбоновой) кислоты.

В Европе и США непрерывный процесс мыловарения был отработан в конце 1930-х годов вместе с непрерывным процессом гидролиза (расщепления) жиров водой и паром высокого давления в мыловаренных башнях.

В России с 1670 известно жидкое калиевое («зеленое») мыла, для производства которого применяли поташ. С 1800 началось кустарное производство «крепкого и желтого» натриевого мыла путем обработки жидкого мыла поваренной солью при кипячении. Первый промыла способ производства мыла с применением кальцинированной соды известен с конца 18 века.

2.2. Химический состав и классификация мылов.

В химическом отношении основным компонентом твёрдого мыла является смесь растворимых солей высших жирных кислот . Обычно это натриевые , реже — калиевые и аммониевые соли таких кислот, как стеариновая , пальмитиновая , миристиновая , лауриновая и олеиновая .

Один из вариантов химического состава твёрдого мыла — C 17 H 35 COONa (жидкого — C 17 H 35 COOK). Дополнительно в составе мыла могут быть и другие вещества, обладающие моющим действием, а также ароматизаторы , красители и порошки.

При охлаждении клеевого мыла получается хозяйственное мыло . Твёрдое мыло содержит 40−72 % основного вещества, 0,1−0,2 % свободной щёлочи, 1−2 % свободных карбонатов Na или К, 0,5−1,5 % нерастворимого в воде остатка.

Мыло ручной работы.

Мыло возможно производить вручную несколькими способами. При этом в него могут добавляться эфирные масла, тёртые орехи, молотый кофе, кокосовое масло и т. п., отдушки и ароматизаторы .

Один из способов — перетирание и расплавление уже готового мыла (например, детского). Кусок мыла измельчают на тёрке или ножом, разбавляют водой или иной желаемой жидкостью (например, отвары трав), затем вся масса растапливается на водяной бане. Когда масса становится однородной, её снимают с огня и добавляют эфирные масла и другие ингредиенты по желанию. Трудность этого способа состоит в том, что готовое мыло, используемое мыловаром, довольно тугоплавко и процесс его переваривания долгий. Этот способ используется новичками в мыловарении, поскольку не требует значительных финансовых затрат.

Мыло ручной работы может быть также сделано из специальной мыльной основы, продающейся в специализированных магазинах. Основа также может быть растоплена на водяной бане или в микроволновой печи. В отличие от мыла, полученного промышленным путём, мыло ручной работы хуже мылится, поскольку входящие в состав мыльной основы ингредиенты более щадящие и мягкие. По той же причине оно быстрее истрачивается, чем аналогичного веса промышленное мыло.

Мыло, произведённое из непосредственно щёлочи и жиров вручную, требует от мыловара соблюдения техники безопасности при работе с щёлочью. С другой стороны, полный контроль за процессом создания мыла позволяет мыловару создать именно тот продукт, который ему нужен.

По консистенции является вязкой жидкостью . По химическому составу большинство сортов жидкого мыла заметно отличаются от твёрдого мыла и ближе к шампуням , в частности, включают синтетические ПАВ , а также смягчающие кожу средства и отдушки. Жидкое мыло используется в качестве моющего средства, для мытья рук, как гель для ухода за телом и антибактериальное средство.

Дозатор позволяет использовать различные виды жидкого мыла. Дозатор является несложным механизмом, устроенным так, что при нажатии на клапан из ёмкости вытекает порция мыла. Дозаторы могут быть установлены в умывальных и ванных комнатах на предприятиях, в гостиницах, ресторанах, школах, общественных туалетах , в быту; крепятся на стену или помещаются на горизонтальную поверхность ( флакон ). Некоторые сорта жидкого мыла выпускаются уже во флаконах с дозаторами.

2.3. Физические свойства, получение и применение мылов.

Индивидуальные соли высших жирных кислот — кристаллические вещества; плотность около 1,05 г/см 3 , т. пл. 225-260 °С. В зависимости от условий кристаллизации мыла существуют в моноклинной или ромбической форме; последняя характеризуется лучшей растворимостью в воде. При наличии в мыле ничтожных количеств воды температура плавления понижается до 100°С. Соли ненасыщенных жирных кислот лучше растворимых в воде и труднее кристаллизуются, чем соли насыщенных. Безводные мыла гигроскопичны; их гигроскопичность зависит от природы кислотного остатка и связанного с ним катиона. При повышенных температурах мыла и вода смешиваются во всех отношениях; при комнатной — водные растворы мыла образуют твердые гели , содержащие воду, макс. кол-во которой зависит от природы жирной кислоты и иона металла. При определенной концентрации мыла образуют мицеллярные растворы и проявляют максимальное моющее действие . Важная характеристика мыла-концентрация, при которой происходит образование мицелл , называют критической концентрацией мицеллообразования (см. табл.). В области критической концентрации свойства растворов мыла (поверхностное натяжение, электрическая проводимость, осмотическое давление и др.) резко изменяются.

С увеличением молярной массы растворимость мыла в воде уменьшается. Растворимость высокомолекулярных мыл повышается в присутствии низкомолекулярных. В зависимости от природы катиона мыла по растворимости в воде располагают в ряд: NH + 4 > К + > Na + > Li + . мыла в водных растворах гидролизуются. С повышением температуры и понижением концентрации и величины рН гидролиз усиливается: водные растворы мыла имеют щелочную реакцию. С увеличением молярной массы способность мыла к гидролизу возрастает, причем мыла насыщенных жирных кислот подвергаются гидролизу сильнее, чем ненасыщенных; добавление щелочи к раствору мыла подавляет гидролиз. Под действием минеральных кислот мыла разлагаются с выделением свободных жирных кислот.

КРИТИЧЕСКИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ МИЦЕЛЛООБРАЗОВАНИЯ ДЛЯ НЕКОТОРЫХ МЫЛ.

Критическая концентрация мицеллообразования при 50°С, моль/л

Лаурат натрия C 11 H 33 COONa

Пальмитат натрия C 15 H 31 COONa

Пальмитат калия C 15 H 31 COOK

Стеарат натрия C 17 H 35 COONa

Стеарат калия C 17 H 35 COOK

Олеат натрия C 17 H 33 COONa

Олеат калия C 17 H 33 COOK

Молекулы мыла, адсорбируясь на границе раздела фаз, снижают поверхностное натяжение. В водных растворах мыла характеризуются равновесными переходами: молекулярный раствор золь гель, что характерно для полуколлоидов (семиколлоидов,). Образование мицеллярных растворов мыла наблюдается выше некоторого критического значения температуры — так называемой точки Крафта, которая обычно несколько ниже температуры плавления твердого мыла. При температурах ниже точки Крафта гидратированное твердое мыло образует набухший гель, равновесный с истинным раствором, в точке Крафта — коллоидные частицы-мицеллы; при этом общая растворимость мыла значительно возрастает. С увеличением молекулярной массы мыла точки Крафта смещаются в область более высоких температур.

Сырье для производства мыла — растительные масла в натуральном и гидрогенизированном виде (подсолнечное, конопляное, льняное, хлопковое, кедровое, кунжутное, маковое, миндальное, оливковое, кокосовое, пальмовое, пальмоядровое, касторовое), жиры животные (говяжий, бараний, свиной, костяной, китовый, моржовый, тюлений, дельфиний, тресковый), син-тетические жирные кислоты, мылонафт, саломас, канифоль, отходы от рафинирования жиров и масел, а также нейтральные жиры и жирные кислоты, полученные безреагентным методом по реакции гидролиза (расщепления) натуральных жиров при 220-225 °С и давлении 0,2-0,5 МПа.

По способу получения мыла делят на клеевые, ядровые и пилированные, по целевому назначению — на хозяйственные, туалетные, технические, спец. и медицинские, по товарной форме — на твердые, жидкие и пастообразные.

Процесс получения мыла (мыловарение) состоит из варки мыла и придания ему товарного вида (охлаждение, формование, штамповка, упаковка). При варке мыла исходные жиры омыляют водным раствором NaOH при кипячении с послед. нейтрализацией продукта омыления (жирные кислоты) раствором Na 2 CO 3 при кипячении и интенсивном перемешивании; при этом нейтрализуется до 70% жирных кислот. Оставшиеся жирные кислоты и нейтральные жиры обрабатывают раствором щелочи. На этой стадии образуется концентрированный раствор (т. наз. мыльный клей), в котором поддерживается некоторый избыток щелочи (примерно 0,2%) для подавления гидролиза. Клеевые мыла получают путем охлаждения концентрированных водных растворов мыла без нарушения однородности раствора; они содержат 30-50% основного вещества. Охлажденную массу режут на куски.

В процессе получения ядрового мыла в мыльный клей вводят концентрированный раствор электролита (NaCl, NaOH). При этом происходит высаливание мыла и масса разделяется на два слоя. Верх, слой представляет собой очищенное мыло — «ядро»- с содержанием мыла после отстаивания не менее 60%. Нижний слой, так называемый подмыльный щелок, представляет собой раствор электролита, содержащий небольшие кол-ва мыла, примеси, присутствующие в исходном сырье, а также глицерин (при получении мыла из нейтральных жиров). Из подмыльного щелока извлекают мыла и глицерин. Выделенное «ядро» очищают и осветляют промывкой раствором электролита.

Пилированное мыла — высший сорт мыла; получают из ядрового путем высушивания с последующим перетиранием на вальцах специальной (пилирной) машины. Содержание основному вещества в таком мыла повышается до 72-74%, улучшается структура мыла, его устойчивость к усыханию, прогорканию и действию высоких температур при хранении.

Хозяйственное мыла получают охлаждением мыльного клея, после чего плоские твердые плиты мыла разрезают на резальных машинах на куски, которые маркируют на автоматических штамп-прессах, а затем упаковывают в тару. Более современны и производительны механизированы вакуумные установки для охлаждения и формования непрерывного действия. Твердые хозяйственные мыла в зависимости от сорта содержат 40-72% основного вещества, 0,1-0,2% свободной щелочи, 1-2% свободных карбонатов Na или К, 0,5-1,5% нерастворимого в воде остатка. Для производства твердого туалетного мыла используют «ядро», сваренное из лучшей по составу жировой основы, содержащей 72-80% животных жиров, кокосовое масло или соответствующие фракции синтетических жирных кислот. В туалетное мыло обычно вводят различные отдушки и красители. Жидкие туалетные мыла содержат 18-20% калиевых или калиево-натриевых мыла в водно-спиртовом растворе (содержащие С 2 Н 5 ОН 10-15%). Порошкообразные мыла выпускают как в чистом виде, так и в смеси со щелочными электролитами (Na 2 CO 3 , триполифосфаты и силикаты Na и др.), которые добавляют для умягчения воды; получают в сушильно-распылительной башне, продуваемой воздухом, куда через распылит. форсунки или с помощью вращающегося диска попадает горячий водный раствор мыла в смеси с электролитами. Применение электролитов снижает расход мыла и повышает эффект стирки.

Среди металлических (технических) мыла наиб. распространение получили водонерастворимые соли стеариновой, линолевой, линоленовой и нафтеновых кислот. Металлические мыла — кристаллические вещества, не растворимы в воде, растворимы в растительных маслах и органических растворителях с образованием коллоидных растворов. Получают их обычно по реакции обмена между щелочными мыла и солями металлов II, III и др. групп.

Хозяйственные и туалетные мыла — основное бытовое моющее средство. Технические мыла — загущающий компонент большинства мыльных смазок, применяемых в узлах трения, а также защитных и уплотнительных смазок. В производстве смазок используют натриевые, литиевые, калиевые, кальциевые, бариевые, алюминиевые, цинковые, свинцовые, магниевые и некоторые др. мыла стеариновой, олеиновой, гидрооксистеариновой, рицинолевой, нафтеновых и других кислот, или их смесей, а также смесей с глицеридами, образующимися при омылении растительных масел и животных жиров. Натриевые мыла стеариновой и др. кислот широко применяют при изготовлении пластичных смазок, имеющих высокую температуру плавления, и используют при более высоких температурах, чем многие др. смазки. Поскольку натриевые мыла водорастворимы, приготовленные из них смазки в процессе применения не должны соприкасаться с водой.

Аммониевые, натриевые, калиевые мыла нафтеновых кислот используют в произ-ве моющих ср-в, эмульгаторов смазочно-охлаждающих жидкостей и битумных эмульсий, нефтяного ростового вещества, ингибиторов коррозии; кальциевые, магниевые, бариевые мыла применяют в качестве загустителей и присадок к маслам и смазкам, ингибиторов коррозии. Хромовые, железные, свинцовые, кобальтовые, никелевые мыла — ускорители высыхания лакокрасочных материалов на основе растительных масел; алюминиевые — загустители смазок, наполнители резины, добавки к лакам, краскам, смазкам, ингибиторы коррозии, компоненты различных топлив; медные — антисептики при пропитке силовых кабелей, тканей, древесины, канатов. К мылам специального назначения относят, например, олеиновое мыла для текстильной промышленности и флотации, зеленое мыла (продукт омыления КОН оливкового, льняного, хлопкового и других растительных масел) для медицинских и ветеринарных целей, мыла с ДДТ (смесь 95% твердого хозяйственного клеевого мыла с 5% ДДТ) и др.

III. Практическая часть

Для определения качества мыла можно использовать хозяйственное и туалетное мыло различных марок. Полезно сравнить один вид мыла с другим, а также различные сорта туалетного мыла.

Для этого необходимо измельчить исследуемый образец мыла до мелкой стружки. Отмерить 3—4 г измельчённого мыла с точностью до 0,1 г, поместить в колбу или химический стакан объёмом 500 мл, добавить 300 мл горячей воды и помешивать стеклянной палочкой до полного растворения мыла. На дне могут остаться нерастворимые в воде примеси. Нужно отфильтровать их, высушить и взвесить. Записать массу примесей (m прим ) и объём мыльного раствора (V p , мл).

3.1. Определение примесей, содержащихся в мыле.

Рассчитать содержание примесей в мыле можно по формуле:

w прим = m прим / m • 100%.

Шприцем на 20 мл взять пробу мыльного раствора и перенести в колбу для титрования. Записать объём пробы (V п , мл). Добавить к пробе 4—5 капель раствора фенолфталеина и титровать 0,1 н раствором соляной кислоты до обесцвечивания розовой окраски мыльного раствора. Записать объём раствора кислоты, израсходованной на титрование (V 1 мл), и нормальную концентрацию соляной кислоты (C HCl , моль/г).

К мыльному раствору, оттитрованному в присутствии фенолфталеина, добавить 4—5 капель метилоранжа и вновь оттитровать тем же раствором кислоты до появления первых признаков неисчезающего розового окрашивания. Записать объём раствора соляной кислоты, необходимый для этой операции (V 2 , мл).

Каждое титрование повторять 2—3 раза, а результаты усреднить и использовать для дальнейших расчётов.

3.2. Вычисление щёлочности мыла по данным титрования.

Свободная щёлочность мыла определяется наличием в растворе свободных гидроксид-анионов и измеряется по объёму кислоты, затраченной на титрование мыльного раствора в присутствии фенолфталеина.

Связанная щёлочность мыла определяется солями жирных кислот и измеряется по объёму кислоты, затраченной на титрование мыльного раствора в присутствии метилоранжа. Общая щёлочность мыла — это сумма свободной и связанной щёлочности.

Для этого необходимо:

1. Сделать расчёт объёма кислоты, необходимый для титрования мыльного раствора в присутствии фенолфталеина, по формуле:

V (HCl)(ф/ф) = V 1 • V р / V п .

2. Для определения свободной щёлочности вычислить содержание щёлочи (A 1(щел) , моль/л) во всём растворе по формуле:

A 1(щел) = A 1(HCl) = C (HCl)l • V HCl(ф/ф) .

3. Найти массу свободной щёлочности (m 1(NaOH) , г) формуле:

m 1(NaOH) = 40 • A 1(щел) • 10 -3 .

4. Определить массовую долю свободной щёлочности мыла (w 1 , %) по формуле:

w 1 = m 1(NaOH) • 100 / m.

5. Так же рассчитать массовую долю связанной щёлочности:

V (HCl)(м/о) = V 1 • V р / V п .

A 2(щел) = A 2(HCl) = C (HCl)l • V HCl(м/о) .

m 2(NaOH) = 40 • A 2(щел) • 10 -3 .

w 2 = m 2(NaOH) • 100 / m.

6. Найти общую щёлочность анализируемого образца мыла (w, %):

При анализе жидкого калиевого мыла щёлочность определяется титрованием с гидроксидом калия.

3.3. Вычисление содержания жирных кислот в мыле по связанной щёлочности.

Так как твёрдые мыла — это натриевые соли преимущественно стеариновой, олеиновой и пальмитиновой кислот, относительные молекулярные массы которых соответственно 284,47, 282,45 и 256,42 г/моль, то для расчётов за эквивалент жирных кислот можно принять 274,44 г/моль — это среднее значение молекулярных масс трёх перечисленных кислот.

1. Найти массу жирных кислот в исходной пробе мыла по формуле:

m жир. к-т = 274,44 • A 2(щел) • 10 -3 .

2. Вычислить массовую долю жирных кислот по формуле:

w жир. к-т = m жир. к-т / m.

3.4. Определение содержания воды в мыле.

Для определения содержания воды нужно взвесить образцы мыла, измельчённого в мелкую стружку, и записать массу этих образцов (тп 1> г). Высушить образцы, это лучше делать в сушильном шкафу при +100 °C. Но можно сушить и при комнатной температуре, тщательно отжав мыло между листами фильтровальной бумаги, или на батарее центрального отопления. Взвесить высушенные образцы (т 2 , г) и вычислить массовую долю воды в мыле по формуле:

w H2O = m 1 – m 2 / m 1 • 100%.

3.5. Определение качества мыла различных марок

Таблица: Водородный показатель разных сортов мыла.

Источник

Читайте также:  Какие средства помогают при прыщах
Поделиться с друзьями
Adblock
detector