Szappanok és mosószerek - PDF ingyenes letöltés
Csoportos órák Szappanok és mosószerek Tantárgy Iskola típusa Iskolai szint Előzetes ismeretek Munkaidő Szerzők Témavezető Kémia Középiskola Tavaly Kémia óra Elektronpár kötés, ionkötés, sav/bázis reakció, polaritás, karbonsavak 3 óra Ruth Baumann Monika Blättler Dr. Berholzer Rita, 2. változat, 1994. augusztus 12. KS Im Lee, Winterthur, 1993. augusztus oktatási osztály
Tartalom-jegyzék 1. oldal Címoldal Bevezetés 3 Tartalom-jegyzék 4 Használati utasítás 5 Mini-didaktika 6 Utasítás a csoportok számára 1 Szappanok 7 2 Felületaktív anyagok (mosó hatóanyagok) 15 3 Lágyítószerek 23 4 Egy modern mosószer összetevői 31 1. függelék: Válaszok a hallgatói tesztekre 39 Függelék 2: Tanári kontroll/teszt 43 3. melléklet: Kiegészítő anyagok 52 4. függelék: Felhasznált források 53 5. függelék: A szerzők által használt források 53 Csoportmunka 3
Használati utasítás A mosószerekkel kapcsolatos négy témakört az úgynevezett "puzzle módszer" segítségével dolgozzuk ki. Minden hallgató a következő három szakaszon megy keresztül: 1. Az ismeretek megszerzése: Megkapja a dokumentumokat a mosószer négy témájának egyikén. Ezeket az első órában (45 perc) át fogja dolgozni. A második óra elején ellenőrizze tudását (15 perc). 2. Szakértői csoport: Találkozik más osztálytársakkal, akik ugyanazon a témán dolgoztak, mint Ön a szakértői csoportban. Leendő "tanárokként" együtt megvitatják, hogyan akarják megtanítani a témát a többi hallgatónak (30 perc). 3. osztály: Új csoportokba rendezi magát. Most minden egyes szakértői csoportnak van tagja. Minden szakértő megtanítja a többi osztálytársnak a témáját (témánként 10 perc). Csoportmunka 4
Tanulási célok 1. Tudni fogja, hogyan változott a szappantermelés az évszázadok során. 2. Megmondhatja, hol van értelme manapság a szappan használatának. 3. Ismeri a szappanok összes hátrányát. Csoportmunka 7
Nátrium-hidroxid-oldattal melegítve a zsírt glicerinné és zsírsavak anionjaivá osztjuk: Példa: H 2 CC 17 H 35 HC C 17 H 33 H 2 CC 15 H 31 + 3 NaH (aq) H 2 C HC H 2 CHHH + Na + Na + Na + _ C 17 H 35 _ C 17 H 33 _ C 15 H 31 _ zsír + nátrium-hidroxid-oldat glicerin + zsírsavak nátriumsója A zsírsavak nátriumsói flokkulálnak, ha telített sóoldatot (nátrium-klorid-oldatot) adnak hozzá. Ezután elválaszthatók a lúg, a glicerin és a víz feleslegétől. Manapság a zsírokat a túlhevített gőz főleg glicerinné és zsírsavakká osztja fel. Megjegyzés: A szappanok a zsírsavak nátriumsói, azaz az elágazás nélküli karbonsavak, amelyek valamivel több, mint 10 szénatomot tartalmaznak. A zsírok hasításával jönnek létre. Csoportmunka 9
A szappan hátrányai A tiszta szappant manapság ritkán használják. Néhány kézi szappan még mindig tiszta szappannal készül. A szappannak túl sok hátránya van. A szappant csak a hab szabályozásához adják a mosószerekhez. A vizes szappanoldat lúgos. A zsírsav-anionok (más néven szappan-anionok) vízzel reagálnak a következő sav-bázis reakcióban: C + H 2 C + H - - H-zsírsav-anion-zsírsav A cikk-cakk vonal az el nem ágazó szénhidrogén-láncot jelenti. A vizes szappanoldatok pH-értéke könnyen meghaladhatja a 9-et. A lúgos oldatok azonban sok textíliát és különösen a bőrt megtámadnak. Ezenkívül a gyakori kézmosás szappannal fellazítja a zsírt a bőrön és kiszárítja. Oldhatatlan zsírsavak savas oldatban képződnek: C - + H 3 + (aq) C + H 2 H zsírsav anion zsírsav Soha ne mossa szappannal savas vízben. Csoportmunka 10
A csapvízben mindig vannak kalciumionok, főleg az úgynevezett kemény vízben. Kemény vízben történő mosáskor a kalciumionok a szappananionokkal (zsírsavanionokkal) egyesülve nehezen oldódó sót képeznek, az úgynevezett mészszappant. 2 C + Ca 2+ (aq) - C - 2 Ca 2+ zsírsav anion mész szappan Ha a zsírsav anionra az általános L jelölést alkalmazzuk, akkor a reakcióegyenlet a következő: 2 L - (aq) + Ca 2+ (aq) CaL 2 (s Meszes szappan rakódik le a szövetszálakon. A mészszappan-kristályok elvágják a textilszálakat. A szövet szürke, matt és törékeny lesz. Csoportmunka 11
Próbáljon párban dolgozni! 1. A szappanoldat ph értéke Anyagok: 400 ml főzőpohár, ph mérő, túrós szappan, ásványmentesített víz Eljárás: Mosson kezet a szappannal. A spriccpalackkal öblítse le a habot a főzőpohárba. Ügyeljen arra, hogy legalább 100 ml szappanoldatot kapjon. Most mérje meg ennek a szappanoldatnak a ph értékét. Ezt írja le. 2. Mészszappan képződése Anyagok: 3 főzőpohár 100 ml; hígított, tiszta szappanoldat; C-kalcium-klorid-oldat (cacl 2) = 0,1 mol/l eljárás: Öntsön kb. 30 ml szappanoldatot a három főzőpohárba. Körülbelül ugyanannyit öntsön mindkét főzőpohárba. Lassan töltsön kalcium-klorid-oldatot az első főzőpohárba, amíg változást nem lát. Töltsön csapvizet a második főzőpohárba, és a harmadikba demineralizált vizet. Írja meg észrevételeit írásban. Beszélje meg az eredményeket. 3. Zsírsavcsapadék Anyagok: 100 ml főzőpohár, hígított, tiszta szappanoldat; Ecetsav c (ch 3 CH) = 0,1 mol/l eljárás: Öntsön kb. 30 ml szappanoldatot a főzőpohárba, és lassan adjon hozzá ecetsavat, amíg változást nem tapasztal. Írja le észrevételeit. Beszélje meg az eredményt. Csoportmunka 12
Tanulási célok 1. Ismeri a felületaktív anyagok általános szerkezetét. 2. Megmagyarázhatja, hogy a felületaktív anyagok hogyan távolítják el a szennyeződéseket a textíliákból. 3. Ismeri a különbséget az anionos és a nemionos felületaktív anyagok között. Csoportmunka 15
Hogyan épülnek fel a felületaktív anyagok? Valamennyi felületaktív anyag - hasonlóan a szappananionhoz - ugyanazon a szerkezeti elven alapszik. Mind poláris, mind nem poláris részük van. A következőkben egy felületaktív részecskét mutatunk be az alábbiak szerint: nem poláris rész poláris rész Az egyenes vonal a szénhidrogén láncot jelenti. A kör a sarki fejcsoportot jelenti. Az anionos felületaktív anyagok negatív töltésű fejjel rendelkeznek, amelyhez egy hosszú, nem poláros szénlánc kapcsolódik. A mosó- és tisztítószerekben a következő anionos felületaktív anyag dominál: S A cikk-cakk vonal a szénhidrogénláncot jelenti. - Na + sematikus: (-) Az anionos felületaktív anyagok kiszorították a szappananiont: H 3 C (-CH 2) n-C - (n = 10-20). Csoportmunka 16
Vannak nemionos felületaktív anyagok is. Polárisak is, mert hosszú szénláncukat többször megszakítják az oxigénatomok. Egy H csoport önmagában nem elég poláros! Nemionos felületaktív anyagokat használnak mosogatószerekben, újabban folyékony mosószerekben. H vázlat: (! +) Nem ionos felületaktív anyag (! ") Megjegyzés: A felületaktív anyag egy nem poláros és egy poláris részből áll. A nem poláros rész egy hosszú szénhidrogén láncból áll. A poláris rész negatív töltésű csoportból (anionos felületaktív anyagok) vagy oxigénatomok csoportja, amelyeket két szénatom választ el, és egy H csoport (nemionos felületaktív anyagok)
Hogyan oldódnak fel a felületaktív anyagok a vízben? Ha a felületaktív anyagokat vízben oldják, akkor nem egyszerűen vadul úsznak. A felületaktív molekulának két ellentmondó tulajdonsága van. Egyrészt van egy sarki csoportja. Ez a csoport "nagyon jól érzi magát a vízben". Felelős a felületaktív anyagok jó vízoldhatóságáért. Másrészt a felületaktív molekula hosszú, nem poláros szénlánccal rendelkezik. Ez a szénlánc inkább "vízszégyen". Inkább a saját fajtája közé vagy a levegőbe kerül. Ezek a tulajdonságok miatt a felületaktív anyagok felhalmozódnak a víz felszínén. Ha már nincs több hely a felszínen, akkor kis felületaktív anyag-cseppek képződnek a vízben: levegő-víz felületaktív cseppek Csoportmunka 18
A felületaktív anyagok mosási hatása A felületaktív anyagok hosszú, nem poláris része könnyedén rögzülhet a zsírban és egyéb szennyeződésekben, és bevonhatja őket. A felületaktív anyagok poláris csoportja biztosítja, hogy a szennyező részecskének poláris, azaz vízszerető felülete legyen. Ez vízben oldhatóvá teszi. A következő rajzok a szennyeződés lazításának fázisait mutatják be a mosás során: A felületaktív anyagok ugyanúgy működnek, ha olajjal vagy zsírral érintkeznek. el nem keveredik vízzel. A felületaktív anyagok emulgeálhatják a vizet. Ez azt jelenti, hogy a víz és a víz felületaktív anyagok jelenlétében keverednek. Csoportmunka 19
Próbáljon párban dolgozni! 1. A felületaktív anyagok viselkedése vízben Anyagok: kristályosító edény, csapvíz, finomra őrölt bors, mosogatószer Eljárás: Töltse meg az edényt vízzel. Szórjon borsot egyenletesen a víz felszínére. Tegyen egy csepp mosószert a víz felszínére. Írja le a megfigyeléseit. Mi történik a mosószerben lévő felületaktív anyaggal? Készítsen vázlatot. 2. A zsír emulgeálása Anyagok: 2 kémcső, kémcső tartó, 2 gumidugó, csapvíz, el, mosogatószer Eljárás: Tegyen kb. 1 cm el. Mindkét kémcsőbe. Most adjon hozzá vizet mindkettőhöz, amíg a kémcső kb. Félig meg nem telik. Kémcső esetén adjon hozzá kb. 1 cm mosószert. Zárja le a kémcsövet hüvelykujjával vagy gumidugóval, és erőteljesen rázza meg mindkét kémcsövet. Írja le észrevételeit. Beszélje meg az eredményeket. Csoportmunka 20
Utasítások a 3. csoportba tartozó lágyítókhoz Áttekintés A mosószer adagolását a különféle vízkeménység esetén az egyes mosogatószer-csomagokon feltüntetik. Az öblítő mennyiségét adagolják a mosószer mennyiségével is. Az öblítõszerek a mosószerek fontos összetevõi. Az öblítőszer célját az alábbiakban ismertetjük. Tudni fog többet az egész foszfátproblémáról és a környezetbarátabb foszfátpótlókról. Eljárás 1. óra: - Olvassa el a vízlágyítóval kapcsolatos szövegeket és jegyzeteljen. Mindig figyelje a tanulási célokat. Végezze el a kísérleteket az ioncserélők működésével (45 perc). 2. óra: - Oldja meg a feladatokat a hallgató tanulási kontrolljában (15 perc). - Gondold át, mit akarsz eljuttatni az osztálytársaidhoz a szakértői testületben. Győződjön meg róla, hogy az alábbiakban leírt tanulási célokat az osztályában teljesítette. Ha betartja a minididaktika tanácsait, a tanítás könnyebb lesz az Ön számára. (30 perc.). 3. óra: - Új csoportokba rendezi magát és tanítja egymást (45 perc). Rajtad a sor, mint harmadik vagy harmadik fél. 10 perced van. Csoportmunka 22
Tanulási célok 1. Egy laikusnak egyszerűen meg tudja magyarázni, miért kell lágyítani a mosóvizet. 2. Ismeri három általános lágyítót és azok működési elvét. 3. Tudja, miért nem használják ma a foszfátokat lágyítószerként. Csoportmunka 23
Tanulási célok 1. Olvassa el otthon a mosószer tartalmát, és elmagyarázza az egyes összetevők célját. 2. Ismeri a különbségeket egy nagy teljesítményű mosószer, egy színes mosószer és egy mosószer-koncentrátum között. 3. Tudja, mely összetevők hasznosak, amikor és mikor feleslegesek. Csoportmunka 31
Különböző típusú mosószerek tartalma Feladat: Jelölje be az egyes mosószereket, hogy mely összetevőket tartalmazzák. Nagy teherbírású mosószer 30-95 C Színes mosószer 30-60 C enyhe mosószer 40 C-ig
1. melléklet: Válaszok a hallgatói tesztekre Válaszok az 1. fejezetre: Szappanok 1. A szappankészítést 1000 évvel ezelőtt hajtották végre. Az el vagy különösen az állati zsírokat fahammal együtt főzték. Az elmélet a következő részben található: "A szappangyártás történeti fejlődése". 2. A szappannak három fő hátránya van: 1. A szappanoldat alapvető, és megtámadja a textíliákat és a bőrt. 2. A szappananionok felszívnak egy protont, és zsírsavak képződnek. A zsírsavak nem oldódnak fel a vízben, ezért már nincs semmilyen mosóhatásuk. 3. Kemény vízben a kalciumionokkal szappan mészszappant képez. A mészszappan lerakódik a szövetre, és szürkévé és törékennyé teszi. Az elmélet a következő részben található: "A szappan hátrányai" 3. Negatív tulajdonságai ellenére a szappant még mindig használják. A mosószerekhez adják, így mosás közben nem keletkezik túl sok hab. Néhány kézi szappan még mindig tiszta szappant tartalmaz. Az elmélet a következő részben található: "A szappan hátrányai" Csoportmunka 38
Válaszok a 2. fejezetre: Felületaktív anyagok 1. Az 1. szappanmolekula és mosóhatású. A 2. sz. Nem mutat mosási hatást. Ennek a molekulának hiányzik a hosszú nem poláros szénlánc. A 3. számú nemionos felületaktív anyag. Hosszú szénlánc és poláris fejcsoport van jelen. A molekulának tehát mosó hatása van. Az elmélet a következő részben található: "Hogyan néznek ki a felületaktív anyagok?" 2. A felületaktív anyagok apoláris csoportjaikkal kapcsolódnak a szennyező részecskékhez. A felületaktív anyagok poláris csoportjai biztosítják, hogy a szennyező részecskének poláris felülete legyen. Így vízben oldódik, és már nem rakódhat le. Az elmélet a következő részben található: "A felületaktív anyagok mosási hatása". Ez lehet karboxilcsoport vagy szulfátcsoport. A nemionos felületaktív anyagokat nem töltjük be. Poláris fejcsoportját néhány oxigénatom alkotja, mindegyiket két szénatom választja el. Nemionos felületaktív anyagokat használnak mosogatószerekben és folyékony mosószerekben. Az elmélet a következő részben található: "Hogyan néznek ki a felületaktív anyagok?" Csoportmunka 39
Válaszok a 3. fejezetre: Lágyítók 1. A víz keménysége a vízben lévő Ca 2+ és Mg 2+ ionok tartalmától függ. Minél több ilyen iont tartalmaz a víz, annál nehezebb. Az elmélet a következő részben található: "A víz keménysége". 2. A lágyítók megkötik a Ca 2+ és Mg 2+ ionokat, és oldatban tartják őket. Megakadályozzák a rosszul oldódó sók képződését (mészszappan, vízkő). Az elmélet a következő részben található: "Miért tartalmaznak mosószerek lágyítószereket?" 3. szelekció: NTA és zeolit kombinációja Zeolit: - nem mérgező - nincs pozitív hatás a mosási hatásra NTA: - biológiailag lebontható - pozitív hatással van a mosási hatásra - esetleg megköti a nehézfémeket; ezért csak kis mennyiségben szabad felhasználni. A többi vízlágyító hátrányai: Foszfát: tilos, mert túlzott műtrágyázáshoz vezet a vízben. Citrát: magas hőmérsékleten hatástalan. A kérdés elmélete a következő részben található: "Példák lágyítókra"
Válaszok a 4. fejezetre: Összetevők 1. - Nemionos és anionos mosó-aktív anyagok: távolítsa el a zsírt és a szennyeződéseket - Szappan: habszabályozóként működik - Zeolitok és NTA: lágyítják a vizet - Mosó lúgok: növelik a pH-értéket - Semleges sók: töltőanyag; A mosószer szabadon folyik - fehérítő: a színes szennyeződés oxidatív bomlás útján színtelen anyagokká alakul át - szennyezőanyag-hordozók: oldja meg a szennyeződéseket - enzimek: távolítsa el a fehérjét és keményítőt tartalmazó foltokat - optikai fehérítők: elnyeli az UV-fényt és kék fényt bocsát ki - parfüm: illatanyag 2. Nincs értelme egyetlen mosószert használni minden hőmérsékletre. A nagy teljesítményű mosószer alkotóelemeit csak 95 mosáshoz használják. A fehérítőszerek csak 60 C felett aktiválódnak. A nagy teljesítményű mosószerben található fehérítőszer 30-60 mosás után fel nem használt a szennyvízben. A fizikai fehérítőszerek csak a fehér ruhaneműknél hasznosak, hogy elkerüljék a sárga színt. Használhatatlanok a színes ruhákkal. Csoportmunka 41
2. függelék: Tanári ellenőrzési/tesztkérdések A sorozat Tanári teszt puzzle 1. rész: 1. Képzelje el, hogy hirtelen visszaviszik a középkorba. A szappan nem elérhető sehol. Hogyan van lehetősége arra, hogy maga készítsen szappant? (K2) Írja le néhány mondatban, hogyan járna el. 2. Környezetvédelmi körökben ma a tiszta szappannal történő mosást ismét szaporítják. Az ok egyértelmű: a szappan környezetbarát. Ennek ellenére a lakosság többsége szintetikus mosószerekkel mos. Mondjon két okot arra, hogy a szappan miért nem fog tovább a mosás során. (K2) Tanári teszt puzzle 2. rész: 3. A következő anyagok nem moshatók. Indokolja két mondatban, miért nem aktívak ezek a szövetek a mosásban. (K3) a) H b) Na 2 C 3 c) CH 3 -CH 2 -CH 2 - S - Na + 4. Egy ruhadarab zsír- és vérfoltos. Ha ezt a ruhadarabot tiszta felületaktív oldatban mossák, csak a zsírfolt tűnik el, a vérfolt nem. Miért csak a zsírfolt tűnik el? Írja le a felületaktív anyagok működését. (K2) Ehhez rajzot is készíthet. Csoportmunka 42
Tanári teszt puzzle 3. rész: 5. Az egyes mosószer-csomagokon az adagolási javaslatok találhatók a különféle vízkeménységre vonatkozóan. Miért kell több mosóport használni kemény vízzel, hogy ugyanolyan mosási hatást érjünk el, mint a lágy vízzel? (K3) Válasz 4-6 mondattal. Először ismertesse a kemény és a lágy víz közötti különbséget, valamint a kemény víz lágyulásának módját. Ezután adjon két okot a megnövekedett mosószer-fogyasztásra kemény vízben. 6. Az NTA általános lágyítószer. Leginkább azonban kis mennyiségben és más vízlágyítókkal együtt használják. Mondja el annak okát, hogy az NTA-t jó biológiai lebonthatósága ellenére csak kis mennyiségben használják-e. Tanári teszt puzzle 4. rész: 7. A mosószerek két különböző összetevőt tartalmaznak a zsír- és fehérjefoltok eltávolítására. Melyik két anyagot használják a zsír- és fehérjefoltok eltávolítására? (K1) 8. A főző mosószerekkel ellentétben a színes mosószerek (60 C-ig) nem tartalmaznak fehérítőt. Miért nem használnak fehérítőt a színes mosószerekben? (K2). Magyarázza el az okát 2-3 mondatban, és nevezze meg azt az anyagot, amely a fehérítő hatást okozza. Csoportmunka 43
Válaszok Tanári teszt puzzle 1. rész: 1. A középkorban zsírok is rendelkezésre álltak. Nem számít, hogy milyen zsírt vesznek fel (1P). Fahamut készíthet maga (1P). A zsírt és a fahamut együtt főzik. Ezután sóoldatot adunk a szappan kicsapásához (1P). Összesen: 3 pont 2. A szappannak mosáskor a következő hátrányai vannak: A szappanoldat alapvető. Megtámadja a textíliákat (1P). A szappan mészszappant képez kalciumionokkal. A meszes szappan lerakódik a szövetben, unalmasá és törékennyé teszi (1P). Ha a szappanoldat megsavanyodik, zsírsavak képződnek, amelyek vízben nem oldódnak (1P). Összesen: 2 pont tanári teszt puzzle 2. rész: 3. a) Ez a molekula nem aktív a mosásban, mert a fejcsoport nem elég poláros. Az apoláris csoport jelen lenne (1P). b) Ez egy só. Itt nincs apoláris csoport (1P). c) Ennek a molekulának van egy poláris és egy apoláris része, de az apoláris farka túl rövid (1p). Összesen: 3 pont 4. A felületaktív anyagok csak a zsírt (1P) képesek oldani. A nem poláros szénláncok a zsírhoz kapcsolódnak. A sarki fejcsoportok segítenek a felületaktív anyag-zsírcseppek oldatba juttatásában (2P). Összesen: 3 pont csoportos munka 44