Синтетические моющие средства (СМС) – это жидкие

Муниципальное общеобразовательное учреждение
Селтинская средняя общеобразовательная школа
«Физика и химия большой стирки»
Секция: Физика. Химия
Авторы: Блинова Есения Дмитриевна,
Булдакова Марина Вадимовна,
Агафонова Марина Васильевна,
Пчельникова Любовь Александровна,
ССОШ, 10 «а».
Руководитель: Трегубова Елена Александровна,
учитель физики ССОШ.
Северюхина Елена Александровна,
учитель химии ССОШ.
Селты
2011г
Оглавление
Введение……………………………………………………………………… 3
Глава 1. Физика и химия
1.1. Немного истории……………………………………………………… 5
1.2. Физические и химические свойства СМС………………………….. 6
Глава 2. Исследование
2.1. Определение жесткости воды………………………………………. 9
2.2. Определение рН воды………………………………………………. 9
2.3. Определение поверхностного натяжения мыльных растворов….. 10
2.4. Определение эффективности СМС………………………………… 11
2.5. Изучение состава СМС…………………………………………….. 11
Заключение………………………………………………………………….. 12
Литература …………………………………………………………………..13
Информационные источники……………………………………………….14
Приложения
2
ВВЕДЕНИЕ
Синтетические моющие средства (СМС) – это жидкие, пастообразные и
порошкообразные
вещества,
а
вещества,
также
другие
которые
содержат
органические
и
поверхностно-активные
неорганические
вещества,
повышающие эффективность поверхностно-активных веществ.
Eщё лет 10-15 назад название используемых СМС, в особенности
стиральных порошков можно было легко перечислить: Астра, Эра, Лотос, так
как их набор не отличался большим разнообразием. Сегодня химическая
индустрия предлагает нам широкий спектр разнообразных по составу, по
воздействию, по свойствам СМС. Телевизионная реклама насыщена подобного
рода информацией, но обычному человеку крайне сложно сориентироваться в
столь богатом разнообразии предлагаемых средств.
По оценкам российских экспертов, рынок стиральных порошков в России
за последние несколько лет прирастал в среднем на 5-7% и составил в 2006 г. 800 000 тонн Российский потребитель постепенно переходит на более дорогие
порошки. Ведущими на российском рынке СМС являются компании
Procter&Gambl и Henkel. Несмотря на то, что российские производители
уступают западным, они все-таки входят в топ-пятерку по объемам
производства - например, компания «Весна».
Наиболее крупные российские производители СМС:
Невская косметика (Санкт-Петербург) - Баргузин, Ворсинка, Обычный
порошок, Sarma, Солнышко, Ушастый нянь, Хорошок, Эрго.
Henkel (Германия) (место производства - Пермь) - Vernel, Дени, Dixan,
Ласка, LOSK,
Procter & Gamble (США) (Новомосковский з-д Тульской обл.) - ACE,
Ariel, Lenor, Миф, Tide.
По европейским нормам, потребление СМС на душу человека в год
колеблется в пределах 6-8 кг. У нас же, по разным оценкам, средний россиянин
покупает не больше 3-4 кг стирального порошка в год.
3
Мы провели социологический опрос и пришли к выводу, что среди
покупателей наибольшей популярностью пользуются порошки «Ариель»,
«Лоск», «Тайд», «Ушастый нянь», «Миф». Чтобы понять, правы покупатели
или нет, мы решили провести физико - химическое исследование.
Целью нашей работы явился поиск наиболее эффективного СМС, исходя из
свойств водопроводной воды села Селты.
Задачи, которые мы перед собой поставили:
1) Изучить литературу по данной теме исследования;
2) Провести социологический опрос;
3) Изучить
свойства
водопроводной
воды
с
разных
источников
(определение жесткости);
4) Провести исследования физических и химических свойств СМС;
5) Провести эксперимент по определению более эффективного СМС;
6) Оформить результаты исследований
7) Совершенствовать экспериментальные знания и умения.
Предметом нашего исследования являются физические и химические свойства
порошков, объектами - синтетические моющие средства: Ушастый нянь, Лоск,
Ариель, Миф, Тайд, водопроводная вода.
4
ГЛАВА 1
1.1. Немного истории
«От этого никто не уйдёт!» – так написано на многих надгробиях, а в
Cредние века к этим словам часто добавляли барельеф ангела, пускающего
мыльные пузыри. Этим, по-видимому, хотели сказать, что жизнь хрупка, как
мыльный пузырь.
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.
А начало истории стирального порошка было положено 28-летним
Фритцем Хенкелем. 26 сентября 1876 года он вместе с партнерами основывал
компании Henkel & Cie в городе Ааахен. Первым продуктом, который был
создан в стенах предприятия, становится стиральный порошок на основе
силиката натрия. С появлением нового товара был применен новаторский
подход для того времени – в то время аналогичные товары продавались только
на развес, а порошок Хенкеля фасовался в удобные пакеты.
5
1.2. Физические и химические свойства СМС
Что такое мыло? Мыло – это натриевая или калиевая соль одной из
жирных кислот. Натриевые мыла более густые и, как правило, твёрдые;
калиевые мыла 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 (–COО-). Простейшим мылом, например, является
стеарат натрия, который можно представить формулой C17H35COONa, 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.
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.
Мыло понижает поверхностное натяжение. Молекулы на поверхности
жидкости или твёрдых тел обладают избыточной потенциальной энергией по
отношению к таким же молекулам, находящимся внутри. Эта потенциальная
энергия равна по величине работе, необходимой для того, чтобы выйти на
поверхность, преодолевая силы притяжения соседних молекул. Очевидно, что
эта поверхностная потенциальная энергия Е пропорциональна площади
поверхности S, что может быть записано как Е =
поверхностного
натяжения,
имеющий
• S, где
размерность
– коэффициент
Дж/м2
(или
Н/м).
Коэффициент поверхностного натяжения определяется свойствами жидкости и
6
температурой окружающей среды. Так как с площадью поверхности жидкости
связана потенциальная энергия сил поверхностного натяжения, то жидкость,
стремясь к минимуму потенциальной энергии, всегда старается сделать эту
поверхность меньше. Известно, что поверхность шара является минимальной
для всех тел такого же объёма. Поэтому, если на каплю жидкости не действуют
никакие внешние силы, то она принимает форму шара, как это происходит,
например, в космосе. И чем больше коэффициент поверхностного натяжения
жидкости, тем с большей силой она будет стремиться минимизировать свою
поверхность при прочих равных условиях.
Молекулы мыла на поверхности воды понижают её поверхностное
натяжение. 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».
«Намыленные» капли воды легче пролезают в промежутки между нитями
ткани. 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.
7
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.
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».
Что такое смягчители? Метафосфат натрия (Na3PO3)n. Это соединение
растворяется в воде и связывает часть ионов Ca2+ и Mg2+ в нерастворимые
фосфаты Ca3(PO4)2, Mg3(PO4)2.
8
ГЛАВА 2
Проведя социологический опрос среди 50 человек и выявив самые
распространенные стиральные порошки в нашей местности (Приложение 1),
мы провели химические и физические исследования их свойств.
2.1. Определение жесткости воды
Цель: Определить жесткость воды, используя метод, с помощью которого
можно определить свойства воды в домашних условиях.
Приборы: Вода с разных источников, мыльный раствор, бюретка, пробирки.
Ход работы:
1) Отмерить мерным цилиндром по 15 мл воды из разных источников и
налить отмеренное количество в пробирки
2) Затем наполнить бюретку приготовленным мыльным раствором и по
каплям начать добавлять его в обе пробирки с исследуемой водой.
3) Продолжить добавлять раствор мыла, пока не образуется устойчивая
пена.
Вывод: В результате, для образования устойчивой пены в первую пробирку мы
добавили 24 капли, а во вторую 14, что говорит о различной жесткости воды.
Таким образом, мы определили, что в первой пробирке находится жесткая вода,
а во второй мягкая (Приложение 2)
2.2. Определение рН воды
Цель: Определить рН растворов исследуемых СМС.
Приборы: Индикатор - фенолфталеин, вода с разных источников, пробирки,
СМС.
Ход работы:
1)В 5 пробирок налить по 30 мл жесткой воды.
2) Затем в каждой из данных пробирок растворить по 500 мг разного порошка и
добавить 2 капли фенолфталеина.
3)То же самое проделать с мягкой водой.
9
Вывод: По результатам эксперимента, самым низким рН обладают стиральные
порошки Tide и Миф, поэтому качество стирки у них низкое. Самым высоким
– Losk и Ariel, поэтому качество стирки у них самое высокое (Приложение 3)
2.3. Определение коэффициента поверхностного натяжения
мыльных растворов
Цель: Вычислить коэффициент поверхностного натяжения мыльных растворов
СМС: «Ariel», «LOSK», «Tide», «Миф», «Ушастый нянь» и сравнить друг с
другом.
Приборы: Термометр, мензурка, динамометр ДПН, чашка-подставка, штатив,
держатель, СМС, вода с разных источников, электронные весы.
Ход выполнения:
1) Измерить массу порошка весами.
2) Измерить объем воды мензуркой.
3) Приготовить мыльный раствор с разными порошками.
4) Измерить силу поверхностного натяжения, используя динамометр ДПН.
5) Вычислить коэффициент поверхностного натяжения по формуле:
.
6) Опыты проводить не менее пяти раз при постоянной температуре и
внешнем атмосферном давлении.
7) Результаты экспериментов – средние значения коэффициента
поверхностного натяжения для разных порошков и воды разной
жесткости - сведены в таблицу (приложение 4)
Вывод: Таким образом, мы смогли достаточно точно измерить поверхностное
натяжение, вычислили коэффициент поверхностного натяжения всех
мыльных растворов в воде разной жесткости. Сравнив данные, мы выяснили,
что в жесткой воде коэффициент поверхностного натяжения больше, чем в
мягкой воде, что соответствует теории.
10
Самый маленький коэффициент поверхностного натяжения в мягкой воде
оказался у Мифа и Лоска, потом – у Ариэля, поэтому качество стирки у Лоска и
Ариэля выше.
Самый маленький коэффициент поверхностного натяжения в жесткой воде
оказался у этих же СМС, качество стирки в этой воде у данных порошков
выше.
2.4. Определение эффективности СМС
Цель:
Определить
более
эффективный
порошок
для
стирки
хлопчатобумажной ткани.
Приборы: Машина для стирки белья, исследуемые порошки
Ход выполнения:
1) Мы взяли 10 лоскутов хлопчатой ткани.
2) На каждый лоскут мы нанесли рисунки маркером и цветной пастой.
3)Первые 5 лоскутов мы постирали в жесткой воде исследуемыми нами
стиральными порошками при температуре 60 °С; следующие 5 – в мягкой воде
теми же самыми порошками при температуре 60 °С.
Вывод: В мягкой воде лучше отстирали порошки «Ушастый нянь», «Миф» и
«Ariel». В жесткой воде – «Миф», «Losk» и «Ariel».
2.5. Изучение состава СМС
Цель: Изучить состав синтетических моющих средств «Ariel», «LOSK», «Tide»,
«Миф», «Ушастый нянь» и сравнить друг с другом.
Приборы: Упаковки исследуемых порошков.
Ход выполнения:
1) Изучить состав каждого СМС.
2) Результаты исследования обобщить в виде таблицы (Приложение 5)
11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Мы изучили физические и химические свойства разных СМС, постирали
лоскуты ткани с пятнами от маркера и цветной пасты и пришли к выводу, что
самыми эффективными для хлопчатобумажной ткани являются Losk и Ariel.
По результатам исследовательской работы мы предлагаем следующие
рекомендации по использованию СМС:
1) Определить жесткость воды в своем доме (для жесткой воды требуется
порошок со смягчителями, а для мягкой - смягчители не требуются).
2) Изучить состав порошка.
3) Изучить инструкцию к применению порошка (обратить особое внимание
на температурный режим, дозировку порошка и тип ткани, подходящий
для стирки этим порошком).
12
ЛИТЕРАТУРА
1. Кабардин О.Ф. Физика 10- М: Просвещение- 2010 г, стр 133-138
2. Ландсберг Г. С. Элементарный учебник физики.- М: Просвещение -1967 г.,
стр. 234 – 237.
3. Габриелян О. С., Маскаев Ф. Н., Пономарев С. Ю.. Химия. 10 класс.
Профильный уровень: учебник для общеобразовательных учреждений- М:
Дрофа- 2007 г., стр 180-200
4. Роджерс Эрик. Физика для любознательных. – М: Мир. 1966, стр. 192 – 193.
5. Ширшина Н.В. Химия: Пректная деятельность учащихся. – Волгоград:
Учитель – 2007, стр. 84 -87.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ
1.http://wikipedia.org.wiki.ru
2. http://referat-doklad.ru
3. http://portfolio.1september.ru
13
Приложение 1.
Данные социологического опроса
На что обращаете внимание при покупке СМС?
120
100
100
80
70
60
40
25
15
20
2
Р
ей
т
Ка
че
ст
во
ин
г
во
ди
те
ль
П
ро
из
С
ос
т
ав
Ц
ен
а
0
Следуете ли вы инструкции, указанной на
упаковке?
80
74
70
60
50
40
30
19
20
7
10
0
Да
Нет
Не всегда
Какими СМС вы пользуетесь?
35
30
30
28
25
20
15
10
17
10
9
6
5
0
Ариэль
Лоск
Миф
14
Тайд
Уш.нянь
др.
Приложение 2
Определение жесткости воды
15
Приложение 3
Определение рН растворов СМС
16
Приложение 4
Коэффициенты поверхностного натяжения
для разных порошков и воды разной жесткости
Назван
Полупери
Масса Объе Температ F
ие
метр
порош
м
порош
петли, м
ка, кг
воды
ка
ура,
3
пов.нат.
, *10-
σ,*10-3 Н/м2
Н
Мягк Жестк Мягк Жестк
,л
ая
ая
ая
ая
вода
вода
вода
вода
Ariel
0,07
0,0025
0,03
23
1,7
2,5
12,1
17,8
Tide
0,07
0,0025
0,03
23
2
3
14,3
21,4
Миф
0,07
0,0025
0,03
23
1,5
1,8
10,7
12,8
Ушаст
0,07
0,0025
0,03
23
3,3
2,6
23,6
18,5
0,07
0,0025
0,03
23
1,5
2,4
10,7
17,1
ый
нянь
LOSK
17
Приложение 5
Таблица сравнения составов стиральных порошков
«Миф»
«Лоск»
«Тайд»
«Ариель»
«Ушастый
нянь»
ПАВ
5-15
Комплексоны
-
Секвестранты
-
Стабилизаторы пены
5-15
5-15
5-15
5-15
-
+
-
+
-
+
-
-
-
-
-
-
Щелочные добавки
5-15
-
-
-
-
Антисорбенты
+
-
+
+
-
Энзимы
+
+
+
+
+
Оптические азурены
+
+
+
+
+
Отбеливающие
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
вещества
Отдушки
18