какую формулу имеет жидкое мыло
Что такое мыла и как их получают? Какова химическая формула мыла?
Содержание:
Мыло – это вещество, которое используется в качестве косметического средства или средства бытовой химии. Это жидкий или твердый продукт, который содержит поверхностно-активные вещества (ПАВ). Эти вещества снижают поверхностное натяжение и увеличивают смачивающую способность воды.
История открытия мыла
Впервые о мыле в Древнем Риме в 77 г. н.э. говорил Плиний Старший. В Русь из Византийской империи пришло не только православие, но и мыло. Особенно поддерживал мыловарение Петр I.
Формула мыла в химии была определена Мишелем Эжен Шеврёль в XIX веке. Ученый установил, что мыло — это смесь натриевых солей жирных кислот. В нашей столице первое производство мыла было открыто во второй половине XIX века. Мыло стоило одну копейку, поэтому его могли покупать даже бедные люди.
Химическая формула мыла
Например, формула твердого мыла C17H35COONa, а жидкого – C17H35COOК. В состав мыла также входят красящие вещества и ароматизаторы.
Особенные свойства мыла
Мыло формирует пену благодаря образованию мицелл и высокой поверхностной активности. Остаток кислоты – гидрофобная часть очищающего средства, карбоксильный ион – гидрофильная.
Грязь растворяется в несколько этапов:
Классификация мыла
I. По особенностям реагирования с водой:
II. По агрегатному состоянию:
III. По сферам применения:
Способы получения мыла
Процесс изготовления мыла
Очищающее средство в промышленных условиях синтезируют в результате двух стадий.
Мыло можно сварить двумя способами.
Как ПАВ влияют на природу
Водоемы могут самоочищаться, что достигается разбавлением, оседанием частичек на дно и созданием отложений, разложением органики до аммиака и солей аммония при помощи микробов. Устранить негативные последствия действия ПАВ сложно, ведь ПАВ в водоемах присутствуют в виде гомологов и изомеров. Если концентрация ПАВ в смеси близка к критической, то вредные свойства всех веществ в смеси суммируются.
ПАВ можно классифицировать на две группы:
ПАВ опасны для природы, т. к. они понижают поверхностное натяжение. Если в водоемах поверхностное натяжение изменяется, то концентрация кислорода в воде снижается. Это приводит к развитию биомассы водных растений и гибели водных животных. Но ПАВ могут быть не только вредными, но и безопасными. Некоторые ПАВ распадаются на углеводы.
В организм человека или животного ПАВ попадают с пищей, водой и через кожу. ПАВ могут вызывать аллергию, которые иногда сопровождаются осложнениями.
Мыла: классификация, получение, свойства
С химической точки зрения мыла представляют собой соли высших жирных (C8–C18), нафтеновых или смоляных кислот.
В бытовом смысле — это технические продукты, обладающие моющим действием.
Классификация мыла
Существует несколько классификаций мыл.
По растворимости мыла делят на:
По консистенции:
По назначению:
По способу получения:
Химические способы получения мыла
Производство мыла (мыловарение) довольно длительный и сложный процесс, состоящий из нескольких стадий.
Если рассматривать только химические реакции, лежащие в основе получения мыла, то как уже было рассмотрено мыла можно получить при щелочном гидролизе жиров, при этом образуются глицерин и соли высших карбоновых кислот – мыла. Кроме этого мыла получаются при нейтрализации высших карбоновых кислот гидроксидом натрия или калия или углекислым натрием:
Твердые мыла получают при растворении высших карбоновых кислот в водном растворе гидроксида натрия, жидкие мыла — при растворении высших карбоновых кислот в водном растворе гидроксида калия.
Промышленное получение мыла (варка мыла)
Для производства мыла в промышленности используют как синтетические жирные (высшие) кислоты, так и животные жиры, растительные масла, канифоль.
Для получения хозяйственных мыл применяют саломас с температурой плавления 46–60°С, для туалетного мыла — с температурой плавления 39–43°С.
Салома́с — это твёрдый жир, получаемый в промышленности путём гидрогенизации жидких жиров, в основном растительных масел.
Все жиры, используемые при варке мыла, не должны содержать воду и механические примеси.
Жидкие растительные масла применяют в мыловарении всех видов жидких хозяйственных и туалетных мыл. Наиболее ценным из является хлопковое масло, содержащее до 30 % насыщенных высших кислот, в основном пальмитиновой. Также используют и другие масла, такие как подсолнечное, соевое, кокосовое, пальмовое.
Введение небольших количеств жидких растительных масел в рецептуру хозяйственных мыл способствует снижению температуры их застывания.
Внесение 10–15 % канифоли увеличивает растворимость и пластичность мыла.
Основные стадии варки мыла
В промышленности мыла получают в две стадии – первая стадия химическая, вторая — механическая:
Способы варки мыла
Варку мыла (химическая стадия) можно осуществить прямым и косвенным способом.
Для варки мыла прямым способом исходная жировая смесь должна быть хорошо очищена. Этим способом проводят нейтрализацию жировой смеси растворами содопродуктов и получают мыльный клей, содержащий 67–70 % жирных кислот. Далее его подвергают механической очистке — охлаждению, сушке, шлифовке, отделке. Прямой способ используется при варке хозяйственного мыла.
При варке мыла косвенным способом полученный прямым способом мыльный клей, подвергают дальнейшей обработке растворами электролитов, т.е. проводят высаливание. При этом происходит разделение мыльной массы на фазы: ядро и подмыльный щелок или ядро, подмыльный клей, подмыльный щелок. Полученное мыльное ядро в этом случае содержит 60–63 % жирных кислот. Далее полученное мыльное ядро обрабатывают подобно мылу, сваренному прямым способом. В качестве электролитов используют NaCl, NaOH. Косвенный способ применим для варки мыла из неочищенного жирового сырья. Варка мыла косвенным способом позволяет получить мыло высокой степени чистоты.
Жидкое мыло готовят из растительных масел, канифоли, таллового масли и др. прямым или косвенным способом. В качестве основания применяют соединения калия (KOH, K2CO3).
Если при варке мыла использовалось сырье из животных или растительных жиров, то после отделения ядра выделяют образующийся побочный продукт – глицерин. Глицерин широко применяют в различных отраслях производства.
Кратко схему производства мыла можно представить следующим образом:
Моющие свойства мыла
Итак, мыла – соли высших жирных кислот – состоят из аниона жирной кислоты и катиона металла (чаще всего натрия или калия).
В водных растворах щелочные мыла подвергаются гидролизу, т.к. образованы слабыми кислотами и сильными основаниями. Их растворы имеют щелочную реакцию (рН>7). В сильно разбавленных растворах мыла полностью диссоциируют на ионы:
Способность мыла пениться, отмывать загрязнения связана с образованием мицелл и высокой поверхностной активности. Водорастворимые щелочные мыла являются анионными поверхностно-активными веществами.
Углеводородный остаток жирной кислоты является гидрофобной частью мыла, кабоксильный ион – гидрофильной частью.
Этапы растворения грязи под действием мыла:
В домашних условиях тоже можно приготовить мыло. Имея под рукой необходимые ингредиенты, самостоятельное производство мыла не составит большого труда.
Химическая правда о мыле
Все мы пользуемся мылом. А знаете ли что это такое, и как оно работает. Вот мы и решили «пролить» немного химии на ваши головы. Не пугайтесь, ничего сложного. Зато много полезного и познавательного.
Что такое «вымыть руки»? Если бы всё, что нас окружает, растворялось в воде (как, например, поваренная соль), то вымыть руки было бы очень легко – опустить их в воду и подождать чуть-чуть. К сожалению, большая часть веществ, к которым мы прикасаемся, нерастворимы в воде, и поэтому, если они прилипают к рукам или одежде, то одна вода не позволяет нам избавиться от этой грязи и пятен. Однако можно заставить любое вещество хотя бы через короткое время (несколько секунд) раствориться в воде, образовав эмульсию или суспензию – взвесь мельчайших частичек жидкого (или твёрдого) вещества в воде. Этого времени часто бывает достаточно для того, чтобы поток чистой воды смыл эмульгированную грязь, сделав руки чистыми. Мыло и служит прекрасным эмульгатором – химическим соединением, облегчающим получение водных эмульсий частичек самых различных веществ.
Как родилось мыло и как его делают сейчас? При раскопках Древнего Вавилона были найдены глиняные ёмкости, наполненные веществом, похожим на мыло. Надписи на этих сосудах гласили, что содержимое сделано при кипячении жира с пеплом. Поэтому считают, что варить мыло умели ещё в 2800-х гг. до н.э. Записи на папирусах, оставленные древними египтянами за 1500 лет до н.э., тоже сохранили рецепты мыловарения из смеси животных и растительных масел и пепла. Древние греки не знали мыла, а когда мылись, то сначала тёрли себя глиной, песком, пемзой и пеплом, потом наносили на тело растительное масло и соскребали его вместе с грязью. Одежду свою они мыли безо всякого мыла в проточной воде.
Английское слово soap (мыло) произошло от названия горы Sapo в Италии, на вершине которой, согласно легенде, приносили животных в жертву, убивая и сжигая их. Дождь смывал вниз в реку Тибр, протекающую неподалёку, смесь расплавленного жира и древесного пепла. Поэтому глина вдоль Тибра хорошо мылилась, что быстро оценили женщины, стиравшие бельё на его берегах.
До Второй мировой войны мыло варили кипячением в воде жирных масел со щелочами. Жиры – это соединения глицерина и органических кислот, известных как жирные кислоты. Во время кипячения жиров со щелочами образуются глицерин и соли жирных кислот, т.е. мыл. Использование мыла после Второй мировой войны пошло на убыль, его постепенно вытесняли синтетические моющие средства. Главная причина спада потребления мыла состояла в том, что в жёсткой воде образовывались нерастворимые соли жирных кислот, выпадающие в осадок и отвечающие за появление кольцевого пятна в ванне и серый оттенок белья. Синтетические моющие средства (детергенты) имеют такой состав, что этой реакции не происходит.
Что такое мыло? Мыло – это натриевая или калиевая соль одной из жирных кислот. Натриевые мыл более густые и, как правило, твёрдые; калиевые мыл более мягкие или жидкие. Молекула мыла представляет собой длинную цепочку (хвост), состоящую из десятка и более звеньев –CH2–, соединённых друг с другом, к одному концу которой (голове) прикреплена карбоксильная группа (–CO2). Простейшим мылом, например, является стеарат натрия, который можно представить формулой NaC17H35COO (жуть, правда?), где 17 атомов углерода с присоединёнными к ним атомами водорода вытянуты в извилистую цепочку. Асимметрия молекулы мыла – её важнейшее свойство. Голова молекулы в растворе заряжена отрицательно и поэтому притягивается к положительным полюсам диполей молекул воды или, как говорят, испытывает сродство к воде. Другой конец молекулы мыла электрически нейтрален и поэтому инертен по отношению к воде.
Вот так выглядит мыльная молекула стеарата натрия (а) и положение ионов этих молекул на поверхности плёнки воды (б):
Как мыло понижает поверхностное натяжение? Когда мыльная молекула стеарата натрия попадает в воду, то она диссоциирует на положительно заряженный ион Na+ и отрицательное основание жирной кислоты. Отрицательные ионы мыльных молекул выстраиваются так, чтобы с водой соприкасались лишь их головы, которые испытывают к ней сродство. Таким образом, на поверхности воды образуется двумерный «частокол» мыльных молекул, головы которых погружены в воду, а хвосты торчат наружу. Измерения показывают, что молекулы мыла на поверхности воды понижают её поверхностное натяжение почти в 2,5 раза. Происходит это из-за того, что, находясь на поверхности воды «головой вниз», они, во-первых, не стремятся внутрь и, во-вторых, отталкиваются друг от друга, а не притягиваются, как молекулы воды. Таким образом, увеличивать поверхность воды, если в ней растворено мыло, легче. А это значит, что жидкость может проникать в щели между нитями ткани. Другими словами, мыло делает воду «более мокрой», и «намыленные» капли воды легче пролезают в промежутки между нитями ткани.
Как работает мыло? Мыльный раствор обволакивает частицы грязи, приводя к образованию эмульсий различных загрязняющих веществ, и удерживает нерастворимые частицы в состоянии суспензии в мыльной пене и воде, которые могут быть потом удалены c очищаемой поверхности проточной водой. Для моющего действия важно то, что углеводородная часть (хвост) отрицательного иона мыльной молекулы нерастворима в воде, но растворима в жирах и маслах. Поэтому водорастворимая отрицательно заряженная голова остаётся в воде, тогда как хвост погружается в жир. Анионы молекул со всех сторон окружают капельки жира и вытаскивают их в воду, в результате чего образуется взвесь капелек жира в воде. Так как каждая из мельчайших капелек несёт на себе отрицательный заряд, то они отталкиваются друг от друга, а не сливаются в более крупные капли. Этим объясняется диспергирующий и эмульгирующий эффект мыльных растворов.
Почему горячая вода моет лучше? При нагревании средняя кинетическая энергия молекул воды растёт, а это значит, что каждой из них требуется меньше дополнительной энергии, чтобы выйти на поверхность. Поэтому коэффициент поверхностного натяжения воды уменьшается при нагревании, и она может проникать в самые мелкие поры и дырочки. Вот почему надо мыть руки горячей водой. Мыло и детергенты ещё больше понижают поверхностное натяжение горячей воды.
Почему мыло плохо стирает в морской воде? Морская вода характеризуется высоким содержанием двухвалентных катионов – Ca2+ и Mg2+. Эти катионы связываются с отрицательно заряженными головками мыльных молекул, мешая им образовать мицеллы вокруг частичек грязи и жира. Поэтому поверхностное натяжение мыльного раствора в морской воде увеличивается, что снижает качество стирки. То же происходит, когда в водопроводной воде высока концентрация двухвалентных ионов, например, железа. Такую воду называют «жёсткой», и мыло в ней стирает плохо.
Почему полоскать надо в холодной воде? Цель полоскания – убрать остатки мыла из выстиранной ткани. При стирке мы нагреваем воду, чтобы понизить поверхностное натяжение воды, поэтому мыльный раствор залезает в самые тонкие промежутки между волокнами ткани. Чтобы он вылез оттуда, необходимо повысить поверхностное натяжение, и тогда каждой из сплющенных капелек опять станет выгодно стать шарообразной, и они выскочат из тонких промежутков между нитями. Поэтому полоскать ткань после стирки следует в холодной воде, когда её поверхностное натяжение велико.
Что такое отбеливатель? В моющих средствах для стирки белья, помимо собственно детергента (мыла), используют ещё и отбеливатель. Отбеливатели не удаляют грязь, а лишь обесцвечивают её. Одни из них окисляют и тем самым разрушают некоторые виды загрязнителей и красящих веществ. Классическим окислителем для этих целей служит хлор. В современных стиральных порошках используют более избирательные отбеливатели на основе брома. Другие отбеливатели, называемые усилителями белизны, делают выстиранное белье буквально «белее белого». Для этого в стиральные порошки добавляют флюоресцирующий «бесцветный краситель», который обеспечивает не только полное отражение видимого света, но и частичное превращение ультрафиолетового света в белый или голубоватый. В результате ткань становится «ослепительно белой».
Формула мыла доступным языком
В наше время на прилавках магазинов представлено огромное множество мыла: разноцветные, прозрачные с разнообразными 3D изображениями внутри, а также фигурные и с интересным дизайном. Невероятно популярными являются очищающие средства для деток: в форме любимых мультяшных героев или милых зверюшек.
Производители постоянно создают что-то новое и интересное, но давайте разберемся, что же представляет собой мыло и как выглядит процесс его создания.
Что же такое мыло?
Если рассматривать мыло с научной точки зрения, то оно является результатом гидролиза масла или жира в среде с высоким содержанием щелочи.
«Впервые до технологии изготовления мыла додумался известный французский исследователь по имени Мишель Шеврель, который почти всю свою жизнь занимался изучением данной темы. Именно ему принадлежит авторство мыльной рецептуры.»
Шеврель утверждал, что при реакции глицерина с кислотой, формула которой R-COOH, образуются триглицериды, называемые сложными кислотными эфирами (жирами). При таком взаимодействии получившийся в итоге результат будет иметь дело с NaOH (KOH), и в итоге мы получим мыло.
Классическая рецептура
С течением времени опыты Шевреля были неоднократно подтверждены лабораторными исследованиями.
«Учитывая такой состав, можно вывести химическую формулу любого мыла: R-COOMe. R — это радикал, под ним скрывается группа атомов углерода в количестве от 8 до 20 шт., Me – щелочной металл.»
Хозяйственное
Что касается классического хозяйственного мыла, предназначенного для уборки и стирки белья, то оно условно имеет формулу C17H35-COONa.
Состав выглядит так:
Производители разных стран делают хозяйственное мыло по индивидуальным формулам, поэтому как состав, так и цвет, и эффективность могут сильно разниться.
Натуральное хозяйственное чистящее средство обладает множеством преимуществ:
Но у этого замечательного средства есть несколько недостатков: оно имеет довольно специфичный запах и может сушить кожу.
Существует определение: мыло – это полученные из высших карбоновых кислот соли с содержанием щелочных металлов.
Важно отметить, что внешний вид и конечный состав сильно зависят от способа приготовления и второстепенных компонентов, используемых фирмой-производителем.
Производство
Производством крупных партий мыла занимаются мыловаренные фабрики по всему миру. Прогрессивные технологии и новейшее оборудование позволяют отладить до малейших нюансов непрерывный процесс создания огромного количества экземпляров как жидкого, так и твердого моющего средства.
Примерно таким образом выглядит технологическая цепочка создания продукции:
Жидкое средство
В последние годы невероятную популярность набирает продукт в жидком исполнении. Он считается более удобным в применении, обладает более мягким действием, а также выглядит гораздо более эстетично, нежели кусковое мыло. В чем же принципиальное отличие жидкого средства?
Все дело в положительно заряженных ионах входящего в состав металла. Формулу жидкого средства для мытья можно изобразить так: R-COOK. Очевидно, что среди прочих компонентов присутствуют ионы калия. Значит, можно сделать вывод, что технология производства подразумевает участие такого элемента, как гидроксид калия.
Конечный продукт будет характеризоваться как тягучий и вязкий, а также будет гораздо лучше и быстрее растворяться в воде.
Твердое
Для того, чтобы добиться в итоге классического твердого и плотного состояния, необходим такой компонент, как натронная известь. Важно отметить, что входящие в рецептуру ионы натрия и лития гарантируют получение на выходе твердого мыла.
В итоге получается, что формула моющего средства немного отличается: R-COONa или R-COOLi. Если оценивать с точки зрения химического состава, то структура компонентов остается неизменной, а вот внешний вид и эксплуатационные свойства можно менять с учетом конкретных пожеланий.
Технология
Предполагает добавление сального мыла или мыла из свиного жира вместе с молоком кокоса в качестве базы.
Свежий свиной жир обрабатывают так:
В процессе кипения, тщательно помешивая смесь, на каждый 1 кг воды с салом нужно ввести 2г порошкообразных квасцов, а также 5г поваренной соли.
Через какое-то время варку прекращают и дожидаются пока жир всплывет, затем его аккуратно снимают с поверхности и процеживают в новую емкость с использованием куска марли или ткани подходящего размера. В таком виде необходимо оставить полученную субстанцию до тех пор, пока она не станет твердой.
При производстве туалетного мыла самого лучшего качества добавляется 15г масла кокоса на каждые 10г жира. Такой метод дает возможность существенно улучшить моющие и ухаживающие свойства средства, а также значительно снизить его конечную стоимость.
Создание мыла без кипячения только за счет тщательного размешивания имеет несколько преимуществ. Добавление парфюмированных отдушек и красителей происходит одновременно, поэтому, как только мыло станет твердым и прочным, его останется лишь разрезать на куски нужного размера и формы. Такое производство предполагает добавление заранее подготовленного и очищенного от примесей масла кокоса и его омыления насыщенным раствором соды и натриевой щелочи. Делается это без нагревания, строго на низкой температуре. При этом состав необходимо непрерывно и очень активно мешать.
В конструкцию из двух котлов, немного отличающихся по размеру, где меньший помещен внутрь большего, наполненного кипящей водой, кладутся части разрезанного на куски ядрового мыла. К мылу также добавляют немного воды с той целью, чтобы первоначальная проба была нужной консистенции. Далее в полученную смесь вносят необходимые красители и ароматизаторы и распределяют ее по заранее подготовленным формам для остывания. Через 4-5 суток мыло полностью затвердеет и будет готово к дальнейшим манипуляциям.
Классификация
Выделяется две группы, по которым можно классифицировать данные мыльные средства: химическая основа продукта и его бытовое назначение.
Химическая основа
От того, какая база будет выбрана изначально, зависит окончательный внешний вид и аромат изделия. Тут разделение идет по следующему принципу:
В конечном итоге мыло может получиться совершенно прозрачным, мраморным или разноцветным.
Рецептура этого мыла останется неизменной, но в составе могут появиться и такие составляющие, как поваренная соль, ароматизаторы, натуральные красящие вещества или пенообразователи.
Бытовое назначение
В данной категории средства делятся следующим образом:
Применяют его для ежедневного ритуала умывания и очищения кожи лица и тела. Такое средство предполагает образование большого количества пены, а также должно быть мягким и не провоцировать появление стянутости кожи. Именно поэтому входящие в рецептуру жирные кислоты могут содержаться минимум на уровне 70%.
Используют обычно в текстильной и медицинских сферах, поэтому такое мыло должно иметь в составе специальные компоненты.
Идеально подходит для стирки одежды или постельного белья, бытовой уборки помещений и отдельных предметов. Формула средства при этом остается идентичной предыдущей. Конечный продукт может иметь как прозрачную структуру, так и быть цветным, матовым или с изображением внутри. Процентное соотношение всех составляющих будет изменяться в зависимости от конкретной цели, которую это мыло должно выполнять.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.