Mydlá a čistiace prostriedky - PDF na stiahnutie zadarmo
Skupinové hodiny Mydlá a čistiace prostriedky Predmet Typ školy Úroveň školy Predchádzajúce vedomosti Pracovný čas Autori Vedúci Chémia Stredná škola Minulý rok Trieda chémie Väzba elektrónových párov, iónové väzby, reakcie kyselín/zásad, polarita, karboxylové kyseliny 3 hodiny Ruth Baumann Monika Blättler Dr. Rita Berholzer 2. verzia 12. augusta 1994 Školský pokus o výučbu triedy KS Im Lee, Winterthur augusta 1993
Obsah Strana Titulná strana 1 Úvod 3 Obsah 4 Návod na použitie 5 Mini-didaktika 6 Pokyny pre skupiny 1 Mydlá 7 2 Tenzidy (pracie účinné látky) 15 3 Zmäkčovače 23 4 Ingrediencie moderného pracieho prostriedku 31 Príloha 1: Odpovede na testy študentov 39 Príloha 2: Kontrola/test učiteľa 43 Príloha 3: Ďalšie materiály 52 Príloha 4: Použité zdroje 53 Príloha 5: Zdroje použité autormi 53 Skupinová práca 3
Návod na použitie Štyri témy o detergentoch sú rozpracované pomocou takzvanej „logickej metódy“. Každý študent prechádza nasledujúcimi tromi fázami: 1. Získanie vedomostí: Dostanete dokumenty týkajúce sa jednej zo štyroch tém týkajúcich sa čistiacich prostriedkov. Tieto si prepracujete na prvej lekcii (45 min.). Na začiatku druhej hodiny si overíte svoje vedomosti (15 min.). 2. Expertná skupina: Stretávate sa s ostatnými spolužiakmi, ktorí v odbornej skupine pracovali na rovnakej téme ako vy. Ako budúci „učitelia“ budete spolu diskutovať o tom, ako chcete svoju tému učiť ostatných študentov (30 min.). 3. trieda: Zaradíte sa do nových skupín. V každej skupine je teraz člen každej skupiny odborníkov. Každý odborník inštruuje ostatných spolužiakov o svojej téme (10 minút na tému). Skupinová práca 4
Ciele vzdelávania 1. Budete vedieť, ako sa výroba mydla v priebehu storočí zmenila. 2. Môžete zistiť, kde má dnes mydlo zmysel. 3. Poznáte všetky nevýhody mydiel. Skupinová práca 7
Po zahriatí pomocou lúhu sodného sa tuk rozdelí na glycerín a anióny mastných kyselín: Príklad: H 2 CC 17 H 35 HC C 17 H 33 H 2 CC 15 H 31 + 3 NaH (vod.) H 2 C HC H 2 CHHH + Na + Na + Na + _ C 17 H 35 _ C 17 H 33 _ C 15 H 31 _ tuk + roztok hydroxidu sodného glycerín + sodná soľ mastných kyselín Sodné soli mastných kyselín vločkujú, keď sa pridá nasýtený soľný roztok (roztok chloridu sodného). Potom ich možno oddeliť od prebytočného lúhu, glycerínu a vody. Dnes sa tuky štiepia hlavne na glycerín a mastné kyseliny prehriatou parou. Poznámka: Mydlá sú sodné soli mastných kyselín, t. J. Nerozvetvených karboxylových kyselín s niečo viac ako 10 atómami uhlíka. Vznikajú štiepením tukov. Skupinová práca 9
Nevýhody mydla Čisté mydlo sa dnes zriedka používa. Niektoré mydlá na ruky sú stále vyrobené z čistého mydla. Mydlo má príliš veľa nevýhod. Mydlo sa do pracích prostriedkov pridáva iba na reguláciu peny. Vodný roztok mydla je zásaditý. Anióny mastných kyselín (tiež nazývané anióny mydla) reagujú s vodou v nasledujúcej acidobázickej reakcii: C + H 2 C + H - - H anión mastnej kyseliny mastná kyselina Cikcaková čiara predstavuje nerozvetvený uhľovodíkový reťazec. Vodné roztoky mydla môžu mať ľahko hodnotu ph vyššiu ako 9. Zásadité roztoky však napádajú veľa textílií, najmä pokožku. Časté umývanie rúk mydlom navyše uvoľňuje tuk z pokožky a vysušuje ju. Nerozpustné mastné kyseliny sa tvoria v kyslom roztoku: C - + H 3 + (aq) C + H 2 H mastná kyselina aniónová mastná kyselina. Nikdy sa neumývajte mydlom v kyslej vode. Skupinová práca 10
Vo vode z vodovodu sú vždy ióny vápnika, najmä veľa v takzvanej tvrdej vode. Pri umývaní v tvrdej vode sa vápenaté ióny spoja s aniónmi mydla (anióny mastných kyselín), aby vytvorili ťažko rozpustnú soľ, takzvané vápenné mydlo. 2 C + Ca 2+ (aq) - C - 2 Ca 2+ aniónové vápenné mydlo Ak sa pre anión mastnej kyseliny používa všeobecné označenie L -, reakčná rovnica je: 2 L - (aq) + Ca 2+ (aq) CaL 2 (s ) Vápenné mydlo sa usadzuje na vláknach tkaniny. Kryštály vápenného mydla rozrezali textilné vlákna. Tkanina je sivá, matná a krehká. Skupinová práca 11
Skúste pracovať vo dvojici! 1. Hodnota ph mydlového roztoku Materiály: 400 ml kadička, ph meter, tvarohové mydlo, demineralizovaná voda Postup: Umyte si ruky mydlom. Pomocou striekacej fľaše opláchnite penu do kadičky. Uistite sa, že ste dostali najmenej 100 ml mydlového roztoku. Teraz zmerajte hodnotu ph tohto mydlového roztoku. Toto si zapíš. 2. Tvorba vápenného mydla Materiály: 3 kadičky 100 ml; zriedený, číry mydlový roztok; Roztok chloridu vápenatého c (cacl 2) = 0,1 mol/l postup: Nalejte približne 30 ml mydlového roztoku do každej z troch kadičiek. Nalejte približne rovnaké množstvo do oboch kadičiek. Do prvej kadičky pomaly pridávajte roztok chloridu vápenatého, kým neuvidíte zmenu. Do druhej kadičky pridajte vodu z vodovodu a do tretej demineralizovanú vodu. Zapíšte si svoje pozorovania. Diskutujte o výsledkoch. 3. Zrážanie mastných kyselín Materiály: 100 ml kadička, zriedený, číry mydlový roztok; Kyselina octová c (ch 3CH) = 0,1 mol/l postup: Do kadičky nalejte asi 30 ml mydlového roztoku a pomaly pridávajte kyselinu octovú, kým neuvidíte zmenu. Svoje postrehy vložte písomne. Diskutujte o výsledku. Skupinová práca 12
Ciele vzdelávania 1. Poznáte všeobecnú štruktúru povrchovo aktívnych látok. 2. Môžete vysvetliť, ako povrchovo aktívne látky odstraňujú nečistoty z textílií. 3. Poznáte rozdiel medzi aniónovými a neiónovými povrchovo aktívnymi látkami. Skupinová práca 15
Ako sú štruktúrované povrchovo aktívne látky? Všetky povrchovo aktívne látky - ako aniónový mydlo - sú založené na rovnakom štruktúrnom princípe. Majú polárnu aj nepolárnu časť. V nasledujúcom ukážeme časticu povrchovo aktívnej látky nasledovne: nepolárna časť polárna časť Priamka predstavuje uhľovodíkový reťazec. Kruh predstavuje skupinu polárnych hláv. Aniónové povrchovo aktívne látky majú negatívne nabitú hlavu, ku ktorej je pripojený dlhý nepolárny uhlíkový reťazec. V detergentoch a čistiacich prostriedkoch dominuje nasledujúci aniónový tenzid: S Cikcak linka znamená uhľovodíkový reťazec. - Schéma Na +: (-) Aniónové povrchovo aktívne látky vytlačili anión mydla: H3C (-CH2) n-C- (n = 10 až 20). Skupinová práca 16
Existujú aj neiónové povrchovo aktívne látky. Sú tiež polárne, pretože ich dlhý uhlíkový reťazec je opakovane prerušovaný atómami kyslíka. Jedna H skupina sama o sebe nie je dosť polárna! Neiónové povrchovo aktívne látky sa používajú v prostriedkoch na umývanie riadu a v poslednej dobe aj v tekutých čistiacich prostriedkoch. H schematicky: (! +) Neiónový tenzid (! ") Poznámka: Tenzid sa skladá z nepolárnej a polárnej časti. Nepolárnu časť tvorí dlhý uhľovodíkový reťazec. Polárna časť pozostáva zo skupiny so záporným nábojom (aniónové povrchovo aktívne látky) alebo z skupina atómov kyslíka oddelená dvoma atómami uhlíka a skupina H (neiónové povrchovo aktívne látky)
Ako sa povrchovo aktívne látky rozpúšťajú vo vode? Ak sú povrchovo aktívne látky rozpustené vo vode, neplávajú jednoducho divoko. Molekula povrchovo aktívnej látky má dve protichodné vlastnosti. Na jednej strane má polárnu skupinu. Táto skupina sa „cíti vo vode veľmi príjemne“. Je zodpovedný za dobrú rozpustnosť povrchovo aktívnych látok vo vode. Na druhej strane má molekula povrchovo aktívnej látky dlhý nepolárny uhlíkový reťazec. Tento uhlíkový reťazec je viac „plachý“. Najradšej by bola medzi svojimi druhmi alebo vo vzduchu. Tieto vlastnosti spôsobujú, že sa povrchovo aktívne látky hromadia na povrchu vody. Ak na povrchu nezostane viac miesta, potom sa vo vode tvoria malé kvapôčky povrchovo aktívnej látky: kvapôčky povrchovo aktívnej látky vzduch-voda Skupinová práca 18
Účinok prania povrchovo aktívnych látok Dlhá nepolárna časť povrchovo aktívnych látok sa môže ľahko zachytiť na tukoch a iných časticiach nečistôt a obaliť ich. Polárna skupina povrchovo aktívnych látok zaisťuje, že častice nečistôt majú polárny, to znamená vodu milujúci povrch. Vďaka tomu je rozpustný vo vode. Nasledujúce výkresy znázorňujú fázy odstraňovania nečistôt počas prania: Povrchovo aktívne látky pôsobia rovnakým spôsobom pri kontakte s olejom alebo tukom. el sa nemieša s vodou. Tenzidy môžu emulgovať el vo vode. To znamená, že voda a voda sa miešajú v prítomnosti povrchovo aktívnych látok. Skupinová práca 19
Skúste pracovať vo dvojici! 1. Správanie povrchovo aktívnych látok vo vode Materiály: kryštalizačná miska, voda z vodovodu, jemne mleté korenie, prostriedok na umývanie riadu Postup: Naplňte misku vodou. Rovnomerne posypte korením na povrch vody. Na povrch vody dajte kvapku saponátu. Zapíšte si svoje pozorovania. Čo sa stane s povrchovo aktívnou látkou v čistiacom prostriedku? Vytvorte náčrt. 2. Emulgácia tuku Materiály: 2 skúmavky, stojan na skúmavky, 2 gumové zátky, voda z vodovodu, el, čistiaca kvapalina Postup: Do obidvoch skúmaviek vložte asi jeden cm el. Do obidvoch skúmaviek teraz pridajte vodu, až kým nebudú skúmavky asi do polovice plné. V prípade skúmavky pridajte asi jeden cm saponátu. Zatvorte skúmavku palcom alebo gumovou zátkou a obidve skúmavky dôkladne pretrepte. Zapíšte si svoje pozorovania. Diskutujte o výsledkoch. Skupinová práca 20
Pokyny pre zmäkčovače skupiny 3 Prehľad Dávkovanie čistiaceho prostriedku pre rôznu tvrdosť vody je uvedené na každom balení čistiaceho prostriedku. Množstvo aviváže sa dávkuje aj s množstvom pracieho prostriedku. Zmäkčovače sú dôležitou zložkou detergentov. Účel zmäkčovača je vysvetlený nižšie. Dozviete sa viac o celom probléme s fosfátmi a o ekologickejších fosfátových náhradách. Postup 1. hodina: - Prečítajte si texty o zmäkčovači vody a urobte si poznámky. Stále sledujte študijné ciele. Vykonajte experimenty o tom, ako fungujú iónomeniče (45 min.). 2. hodina: - Riešenie úloh v rámci kontroly učenia sa študentov (15 min.). - Porozmýšľajte, čo chcete svojim spolužiakom povedať v skupine odborníkov. Uistite sa, že vo svojej triede dosahujete učebné ciele popísané nižšie. Ak sa budete riadiť radami v minididaktike, bude sa vám učiť ľahšie. (30 min.). 3. hodina: - Zaradíte sa do nových skupín a budete sa navzájom učiť (45 min.). Ste na rade ako tretia alebo tretia strana. Máte 10 minút. Skupinová práca 22
Učebné ciele 1. Laikovi môžete jednoduchým spôsobom vysvetliť, prečo je potrebné zmäkčovať vodu na umývanie. 2. Poznáte tri bežné zmäkčovače a ich funkčný princíp. 3. Viete, prečo sa dnes fosfáty už nepoužívajú ako zmäkčovadlá. Skupinová práca 23
Ciele učenia 1. Čítate doma obsah svojho pracieho prostriedku a môžete vysvetliť účel jednotlivých zložiek. 2. Poznáte rozdiely medzi silným pracím prostriedkom, farebným pracím prostriedkom a koncentrátom pracieho prostriedku. 3. Viete, ktoré prísady sú užitočné, kedykoľvek a keď sú nadbytočné. Skupinová práca 31
Obsah rôznych druhov čistiacich prostriedkov Úloha: Zaškrtnite každý prací prostriedok, ktoré zložky obsahuje. Vysokoúčinný prací prostriedok 30-95 C Farebný prací prostriedok 30-60 C jemný prací prostriedok do 40 C Vysoko odolný koncentrát detergentných aniónových a neiónových detergentných látok mydlo zmäkčovač vody bielidlo pranie alkálie neutrálne soli enzýmy optické zjasňovače nosič nečistôt parfém skupinová práca 32
Príloha 1: Odpovede na testy študentov Odpovede na kapitolu 1: Mydlá 1. Výroba mydla sa začala pred 1000 rokmi. El alebo najmä živočíšne tuky sa varili spolu s dreveným popolom. Teória sa nachádza v časti: „Historický vývoj výroby mydla“ 2. Mydlo má tri hlavné nevýhody: 1. Mydlový roztok je základný a napáda textil a pokožku. 2. Mydlové anióny absorbujú protón a vytvárajú sa mastné kyseliny. Mastné kyseliny sa nerozpúšťajú vo vode, a preto už nemajú žiadny umývací účinok. 3. V tvrdej vode tvorí mydlo s iónmi vápnika vápenné mydlo. Vápenné mydlo sa nanáša na látku a robí ju sivou a krehkou. Teória sa nachádza v časti: „Nevýhody mydla“ 3. Napriek svojim negatívnym vlastnostiam sa mydlo stále niekedy používa. Pridáva sa do pracích prostriedkov, aby sa počas prania nevytvorilo príliš veľa peny. Niektoré mydlá na ruky stále obsahujú čisté mydlo. Teória sa nachádza v časti: „Nevýhody mydla“ Skupinová práca 38
Odpovede na kapitolu 2: Povrchovo aktívne látky 1. Č. 1 je molekula mydla a má prací účinok. Č. 2 nevykazuje žiadny umývací účinok. Tejto molekule chýba dlhý nepolárny uhlíkový reťazec. Č. 3 je neiónový surfaktant. Prítomný je dlhý uhlíkový reťazec a skupina polárnych hláv. Molekula má teda prací účinok. Teória je v časti: „Ako vyzerajú povrchovo aktívne látky?“ 2. Povrchovo aktívne látky sa svojimi nepolárnymi skupinami pripájajú k časticiam nečistôt. Polárne skupiny povrchovo aktívnych látok zaisťujú, že častice nečistôt majú polárny povrch. Je teda rozpustný vo vode a už sa nemôže ukladať. Teória je v časti: „Účinok prania povrchovo aktívnych látok“ 3. Aniónové povrchovo aktívne látky majú negatívne nabitú hlavnú skupinu. Môže to byť karboxylová skupina alebo sulfátová skupina. Neiónové povrchovo aktívne látky nie sú nabité. Skupinu vašich polárnych hláv tvorí niekoľko atómov kyslíka, každý oddelený dvoma atómami uhlíka. Neiónové povrchovo aktívne látky sa používajú v prostriedkoch na umývanie riadu a tekutých čistiacich prostriedkoch. Teória je v časti: „Ako vyzerajú povrchovo aktívne látky?“ Skupinová práca 39
Odpovede na kapitolu 3: Zmäkčovače 1. Tvrdosť vody závisí od obsahu iónov Ca 2+ a Mg 2+ vo vode. Čím viac týchto iónov voda obsahuje, tým je to ťažšie. Teória sa nachádza v časti: „Tvrdosť vody“. 2. Zmäkčovače viažu ióny Ca 2+ a Mg 2+ a udržiavajú ich v roztoku. Zabraňujú tvorbe zle rozpustných solí (vápenné mydlo, vodný kameň). Teória je v časti: „Prečo detergenty obsahujú zmäkčovače?“ 3. výber: Kombinácia NTA a zeolitu Zeolit: - netoxický - nemá pozitívny vplyv na účinok prania NTA: - biologicky odbúrateľný - má pozitívny vplyv na účinok prania - prípadne viaže ťažké kovy; by sa preto mali používať iba v malom množstve. Nevýhody ostatných zmäkčovačov vody: Fosfát: je zakázaný, pretože vedie k nadmernému hnojeniu vo vode. Citrát: neúčinný pri vysokých teplotách. Teóriu k tejto otázke nájdete v: „Príklady zmäkčovačov vody“
Odpovede na kapitolu 4: Zložky 1. - Neiónové a aniónové pracie látky: odstráňte mastnotu a nečistoty - Mydlo: pôsobí ako regulátor peny - Zeolity a NTA: zmäkčujú vodu - Alkoholy na pranie: zvyšujú hodnotu pH - Neutrálne soli: plnivo; Čistiaci prostriedok zostáva sypký - bielidlo: farebné znečistenie sa oxidačným rozkladom premení na bezfarebné látky - nosiče nečistôt: nečistoty udržia v roztoku - enzýmy: odstránia škvrny obsahujúce bielkoviny a škrob - optické zjasňovače: absorbujú UV svetlo a vyžarujú modré svetlo - parfum: vôňa 2. Nemá zmysel používať jeden prací prostriedok pre všetky teploty. Zložky silného pracieho prostriedku sa používajú iba na 95 bielizne. Bieliace činidlá sú aktívne až pri teplote 60 ° C. Bielidlo v silnom čistiacom prostriedku končí nepoužité v odpadovej vode po 30 - 60 praniach. Fyzikálne zosvetľovače sú užitočné iba pre biele prádlo, aby sa zabránilo žltému odliatku. S farebnou bielizňou sú zbytočné. Skupinová práca 41
Príloha 2: Otázky týkajúce sa kontroly/testu učiteľa Séria A Učiteľské testovacie puzzle, časť 1: 1. Predstavte si, že vás náhle prenesú späť do stredoveku. Mydlo nie je nikde k dispozícii. Ako máte možnosť sami si vyrobiť mydlo? (K2) Napíšte pár vetami, ako by ste postupovali. 2. V kruhoch životného prostredia sa dnes opäť rozširuje umývanie čistým mydlom. Dôvod je jasný: mydlo je ekologické. Väčšina obyvateľstva napriek tomu perie syntetickými čistiacimi látkami. Uveďte dva dôvody, prečo sa mydlo pri praní už nebude chytať. (K2) Učiteľské testovacie puzzle, časť 2: 3. Nasledujúce látky nie sú umývateľné. Dvomi vetami zdôvodnite, prečo tieto látky nie sú aktívne pri praní. (K3) a) H b) Na 2 C 3 c) CH 3-CH 2-CH 2 - S - Na + 4. Kus odevu má mastnú škvrnu a krvavú škvrnu. Ak sa tento odev vyperie v čistom roztoku povrchovo aktívnej látky, odíde iba mastná škvrna, krvná škvrna nie. Prečo zmizne iba mastná škvrna? Popíšte, ako fungujú povrchovo aktívne látky. (K2) K tomu môžete tiež vytvoriť výkres. Skupinová práca 42
Učiteľská testovacia hlavolam časť 3: 5. Odporúčané dávkovanie pre rôzne tvrdosti vody je na každom balení pracieho prostriedku. Prečo je potrebné použiť viac pracieho prášku s tvrdou vodou, aby sa dosiahol rovnaký prací účinok ako s mäkkou vodou? (K3) Odpoveď 4-6 vetami. Najskôr vysvetlite rozdiel medzi tvrdou a mäkkou vodou a ako je zmäkčená tvrdá voda. Potom uveďte dva dôvody zvýšenej spotreby čistiaceho prostriedku v tvrdej vode. 6. NTA je bežné zmäkčovadlo. Väčšinou sa však používa v malom množstve a v kombinácii s inými zmäkčovačmi vody. Uveďte dôvod, prečo sa NTA napriek dobrej biologickej odbúrateľnosti používa iba v malom množstve. Učiteľská testovacia skladačka časť 4: 7. Čistiace prostriedky obsahujú dve rôzne zložky na odstránenie škvŕn od tuku a bielkovín. Ktoré dve látky sa používajú na odstránenie škvŕn od tuku alebo bielkovín? (K1) 8. Na rozdiel od saponátov na varenie, farebné saponáty (do 60 ° C) neobsahujú bielidlo. Prečo sa bielidlá nepoužívajú vo farebných pracích prostriedkoch? (K2). V 2 - 3 vetách vysvetlite dôvod a pomenujte látku, ktorá spôsobuje bieliaci účinok. Skupinová práca 43
Séria odpovedí Učiteľská testovacia skladačka časť 1: 1. V stredoveku boli k dispozícii aj tuky. Nezáleží na tom, aký tuk sa prijme (1 P). Popol z dreva si môžete vyrobiť sami (1P). Tuk a drevný popol sa varia spolu. Potom sa pridá soľný roztok na vyzrážanie mydla (1 P). Spolu: 3 body 2. Mydlo má pri praní nasledujúce nevýhody: Mydlové riešenie je základné. Napáda textil (1P). Mydlo vytvára vápenné mydlo s iónmi vápnika. Vápenné mydlo sa usadzuje v tkanine a robí ho matným a krehkým (1P). Ak sa mydlový roztok okyslí, vzniknú mastné kyseliny, ktoré sú nerozpustné vo vode (1P). Spolu: 2 body Učiteľská hádanka, časť 2: 3. a) Táto molekula nie je aktívna praním, pretože hlavná skupina nie je dostatočne polárna. Bola by prítomná nepolárna skupina (1P). b) Toto je soľ. Nie je tu žiadna nepolárna skupina (1P). c) Táto molekula obsahuje polárnu a nepolárnu časť, ale apolárny chvost je príliš krátky (1p). Spolu: 3 body 4. Povrchovo aktívne látky môžu rozpustiť iba tuk (1 P). Nepolárne uhlíkové reťazce sa pripájajú k tuku. Skupiny polárnych hláv pomáhajú privádzať kvapôčku povrchovo aktívnej látky do tuku (2P). Spolu: 3 body skupinová práca 44