Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №8
Шрифт:
Частично вместе с ними перегоняются и конденсируются в дистилляте жирные кислоты с большим числом атомов углерода в молекуле.
Через 5 часов, а может быть и несколько позже, прекратим опыт и дадим реакционной массе остыть. Вначале проверим, содержатся ли в дистилляте высшие жирные кислоты. Нальем в приемник несколько миллилитров концентрированного раствора едкого натра или едкого кали, закроем пробирку пробкой, взболтаем и оставим на некоторое время. Затем разбавим смесь водой и отфильтруем. Энергично взбалтывая фильтрат, мы обнаружим образование стойкой пены, которая свидетельствует о присутствии мыла. При добавлении раствора соли свинца, кальция или магния в осадок выпадают обильные хлопья нерастворимых солей жирных кислот (Именно вследствие образования нерастворимых кальциевых и магниевых солей обычное мыло утрачивает моющее действие
Изготовление мыла из синтетических жирных кислот
Из застывшего остатка в колбе Эрленмейера, полученного в предыдущем опыте, изготовим кусок мыла. Для этого колбу будем греть, пока ее содержимое снова не расплавится, и выльем смесь в фарфоровую чашку. Прильем к ней приблизительно вдвое меньшее по объему количество концентрированного раствора едкого натра (Осторожно! Щелочь вызывает на коже ожоги и опасна для глаз!) и равный объем насыщенного раствора соды (карбоната натрия). Затем нагреем и перемешаем. При этом жирные кислоты превращаются в мыло, и образуются три слоя. На поверхность всплывает непрореагировавший парафин, средний слой представляет собой водный раствор мыла, а к нижней части чашки пристает исходная реакционная смесь, не изменившаяся при добавлении щелочи. Нагревание продолжим в течение 15 минут и полностью вычерпаем верхний слой ложкой. Тем временем серый нижний слой постепенно исчезает. Добавим теперь к раствору мыла насыщенный раствор поваренной соли, в котором оно не растворяется. Выделившееся мыло соберем и с помощью сита или фильтра отделим от него жидкость. Добавим к нему небольшое количество глицерина и несколько капель душистого вещества, тщательно разомнем и придадим ему форму готового куска мыла.
Наше мыло коричневое и содержит еще много парафина. Если мы изготовляли его из твердого парафина, то оно выйдет к тому же довольно хрупким. Этот недостаток можно отчасти устранить с помощью глицерина. И все-таки мы явно добились успеха: ведь этим мылом можно мыть руки, и оно дает пену, хотя и не слитком обильную. Несмотря на все недостатки полученного образца, мы можем гордиться тем, что нам удалось смоделировать один из важнейших процессов, осуществляемых в современной химической промышленности.
Как действуют моющие средства
Мытье и стирка — сложные физико-химические процессы. Действие моющих веществ направлено на то, чтобы обеспечить как можно более полное удаление загрязнений, например жира, поверхности раздела между тканью и моющей жидкостью.
Эффективность моющего средства зависит от нескольких факторов. Во-первых, существенную роль играет способность переносить грязевые частицы, которая, в основном, определяется поверхностными явлениями, связанными с электростатическим взаимодействием между частицами загрязнений и образуемой пеной. Во-вторых, имеет значение и эмульгирующая способность, то есть способность дробить загрязнения, например, капельки жира, на мельчайшие частицы, равномерно распределенные в воде. Это свойство моющего средства тоже обусловлено поверхностными явлениями, преимущественно электростатической природы. Наконец, особенно важна способность моющей жидкости к смачиванию ткани, потому что для удаления загрязнений жидкость должна проникать в мельчайшие зазоры между загрязнениями и поверхностью ткани.
Важнейшей и вместе с тем легче всего определяемой характеристикой моющей жидкости является величина поверхностного натяжения. Из рисунка видно, что на молекулы, расположенные внутри жидкости (В), силы притяжения соседних молекул действуют со всех сторон одинаково. В ином положении оказываются молекулы, находящиеся на поверхности (П). На них действуют не только силы притяжения молекул, расположенных рядом с ними на поверхности, но и, в большей мере, молекул, расположенных в глубине жидкости. Равнодействующая этих сил (Р) направлена в глубь жидкости. В результате жидкость стремится сократить свою поверхность. Так возникает поверхностное натяжение. Величина его выражается в единицах силы на единицу длины поверхности или в единицах энергии на единицу площади поверхности.
Чтобы увеличить поверхность
Поверхностное натяжение наглядно проявляется в том, что жидкость всегда стремится иметь наименьшую поверхность. Так, в состоянии невесомости капли принимают форму шара. Чем меньше поверхностное натяжение, тем меньше жидкость препятствует увеличению ее поверхности. Поэтому, чтобы вещество обладало моющим действием, оно должно прежде всего значительно снижать поверхностное натяжение чистой воды. Только благодаря этому моющая жидкость сможет проникать в мелкие поры очищаемого материала.
Чтобы измерить поверхностное натяжение, используем простой метод отрыва кольца. Согнем медную проволоку диаметром 1 мм в кольцо диаметром около 5 см. Концы проволоки желательно аккуратно припаять друг к другу. К трем равноудаленным точкам кольца привяжем вытянутые из старого чулка тонкие капроновые нити или припаяем очень тонкую медную проволочку. Концы этих нитей свяжем узлом и вместо одной чашки присоединим к коромыслу ручных весов. При этом нити должны иметь равную длину, образуя друг с другом правильный трехгранный угол. Подобрав соответствующий грузик, уравновесим весы. При отсутствии ручных весов можно самостоятельно изготовить простейшее приспособление для взвешивания, взяв стеклянную палочку, подвешенную на проволочной петельке.
Для измерений нальем вначале воду, а потом растворы мыла и других исследуемых моющих веществ или моющих смесей в достаточно широкий химический стакан или кристаллизатор. Затем осторожно наложим на поверхность жидкости проволочное кольцо, так чтобы оно по всей окружности прилегало к жидкости равномерно. Если теперь накладывать разновесы на чашку весов, то кольцо вначале будет подниматься вместе с пленкой жидкости, то есть поверхность жидкости будет увеличиваться. При некоторой нагрузке кольцо оторвется от жидкости. Таким образом, с помощью этого простого приспособления мы можем достаточно точно измерить поверхностное натяжение.
Любознательный читатель может провести ряд опытов при различных условиях, чтобы выяснить, как зависит поверхностное натяжение от концентрации моющего вещества и температуры. Результаты целесообразно свести в таблицу и затем представить в виде графиков. Полученные величины мы можем сравнить со значениями, приведенными в справочниках. Нужно только учесть, что длину окружности кольца, ограничивающей пленку жидкости в нашем опыте, при расчете необходимо удвоить. Это объясняется тем, что исследуемая пленка является двойной: она имеет внутреннюю и наружную поверхность. Так как длина окружности кольца равна 2?r, где r — радиус кольца, для вычисления поверхностного натяжения мы должны разделить величину нагрузки, требуемой для отрыва кольца, на удвоенную длину окружности, т. е. на 4?r. Вначале мы получим поверхностное натяжение в мгс/см, так как масса 1 мг создает силу тяжести, равную 1 мгс.
В заключение еще раз подчеркнем, что поверхностное натяжение — важный, но отнюдь не единственный показатель, который необходимо учитывать при оценке моющего действия. Некоторые другие важные характеристики уже были указаны выше. Наряду с ними, следует обратить особое внимание на химические свойства моющих веществ. Так, щелочная реакция обычных мыл вредна для волокон, состоящих преимущественно из белков (например, для шерсти). Кроме того, эти мыла плохо моют в жесткой воде, содержащей растворенные соли щелочноземельных металлов. В этих условиях они образуют нерастворимые, так называемые известковые мыла, которые не только препятствуют стирке, но и оседают на тканях нерастворимым слоем. В этом отношении и по некоторым другим свойствам преимуществами по сравнению с мылами обладают новые синтетические моющие средства. Многие из них представляют собой смеси солей органических сульфокислот с конденсированными фосфатами, а также полиборатами.