1. Właściwości mydeł i ich otrzymywanie

MydłamydłaMydła są substancjami, które mają zdolność pienienia się w wodzie i usuwania brudu. Mydła twarde stosowane w gospodarstwie domowym są mydłami sodowymi z dodatkiem substancji zapachowych i barwników. Natomiast składnikami innych produktów, na przykład kremów do golenia czy preparatów myjących w płynie, są zwykle mydła potasowe.
Mydła są solami metali grupy 1. i 2. (głównie sodu, potasu, magnezu) i wyższych kwasów karboksylowych (tłuszczowych) – najczęściej kwasu palmitynowego, stearynowego oraz oleinowego, na przykład:

• palmitynian sodu ${\text{C}}_{\text{15}}{\text{H}}_{\text{31}}\text{COONa}$,

• stearynian potasu ${\text{C}}_{\text{17}}{\text{H}}_{\text{35}}\text{COOK}$,

• oleinian sodu ${\text{C}}_{\text{17}}{\text{H}}_{\text{33}}\text{COONa}\text{.}$

W wyniku reakcji kwasu stearynowego z wodorotlenkiem sodu powstaje sól – stearynian sodu (mydło). Reakcja przebiega zgodnie z równaniem:

R1TSSYC0EKPgD1

RQGIX9JUU0Li01

Wzór strukturalny stearynianu sodu (mydła)

Mydło jest substancją powierzchniowo czynnąsubstancja powierzchniowo czynnasubstancją powierzchniowo czynną. Jego działanie polega na obniżaniu napięcia powierzchniowegonapięcie powierzchniowenapięcia powierzchniowego wody.

Napięcie powierzchniowe spowodowane jest międzycząsteczkowymi siłami spójności. Dzięki temu zjawisku powierzchnia wody zachowuje się jak sprężysta błona, czego efektem jest również tworzenie się kropli wody. Woda charakteryzuje się największym napięciem powierzchniowym ze wszystkich cieczy

R6iJNvUUJ1tMU1

Gdy patrzymy na krople wody, najczęściej nie myślimy o tym, że kulisty kształt kropli wynika z istnienia napięcia powierzchniowego

RsSKbdcieUVwi1

Na cząsteczki wody znajdujące się wewnątrz i na powierzchni cieczy działają siły spójności. Wewnątrz cieczy siły te działają równomiernie we wszystkich kierunkach i równoważą się. Na cząsteczki znajdujące się na powierzchni działa siła wypadkowa skierowana do wnętrza cieczy – siła napięcia powierzchniowego. Na powierzchni cieczy tworzy się błonka.

R7cl9b4hOKbj71

Nartniki mogą poruszać się po wodzie dzięki istnieniu na jej powierzchni błonki powstającej w wyniku działania napięcia powierzchniowego

Ciekawostka

R1Xhexplfo1Uc1

Najstarsze doniesienia o używaniu mydła pochodzą ze starożytnego Babilonu.Przepis na wytwarzanie mydła odczytano na babilońskiej glinianej tabliczce pochodzącej z ok. 2200 roku p.n.e. Podobnie na egipskich papirusach, pochodzących z 1500 roku p.n.e., odkryto zapisy mówiące o tym, że starożytni Egipcjanie regularnie korzystali z kąpieli, do której używali mydła wytwarzanego z tłuszczów zwierzęcych i roślinnych.

Ciekawostka

Jeszcze na początku XX wieku mydło było wytwarzane w domach i pralniach, często ze względów ekonomicznych. Surowcem do jego produkcji był tłuszcz, a wszelkie odpadki w postaci tłuszczu pochodzące z gospodarstwa zbierano miesiącami w specjalnie do tego celu przeznaczonych beczkach lub kadziach, do których dodawano ług sodowy. Kadzie chroniono przed deszczem, natomiast wystawiano na działanie promieni słonecznych. Przeważnie jesienią zawartość kadzi gotowano przez kilka godzin, dodając w miarę potrzeby większą ilość ługu. Po sprawdzeniu, czy próbka uzyskana z mieszaniny twardnieje, kończono proces bądź kontynuowano gotowanie lub poddawano dalszej obróbce.

RsrK7ea0bqrHA1

Fotografia przedstawiająca domowe wytwarzanie mydła na początku XX w.

Proces otrzymywania mydła z tłuszczu, zwany zmydlaniem tłuszczówzmydlanie tłuszczówzmydlaniem tłuszczów, można przedstawić w postaci schematu:

*Przebieg reakcji otrzymywania mydła z tłuszczu przebiega zgodnie z równaniem:

R6pLpaW1wJma61

Reakcję zmydlania tłuszczów wykorzystuje się na skalę przemysłową do produkcji mydła, głównie z tłuszczów nasyconych. Proces ten polega na długotrwałym gotowaniu tłuszczów ze stężonym roztworem wodorotlenku sodu. Powstającą obok mydeł glicerynę usuwa się z końcowego produktu lub czasem pozostawia, gdyż ma ona działanie natłuszczające. Obecnie do produkcji mydła wykorzystuje się także kwasy tłuszczowe otrzymywane podczas przerobu ropy naftowej. Często do produkcji mydeł zamiast czystych kwasów tłuszczowych stosuje się naturalne oleje i tłuszcze bądź ich mieszaniny, z których w procesie zmydlania powstają bezpośrednio sole odpowiednich kwasów tłuszczowych.
Produkowane współcześnie mydła toaletowe w celu podniesienia ich walorów służących pielęgnacji skóry oraz ich atrakcyjności dla użytkowników wzbogaca się w różnymi dodatkami – środkami nawilżającymi, substancjami zakwaszającymi, środkami bakteriobójczymi, olejkami zapachowymi, substancjami barwiącymi.

R9B4GosMzQ4A31

pH mydła

2. Mechanizm usuwania brudu

Woda jako rozpuszczalnik polarny znakomicie rozpuszcza inne substancje polarne. Cząsteczki wody łatwo otaczają inne cząsteczki polarne, ponieważ następuje oddziaływanie między ich ładunkami. Oleje mineralne czy tłuszcze nie mają w swojej strukturze naładowanych fragmentów i w wodzie praktycznie się nie rozpuszczają. Brud jest mieszaniną składników, np. potu, białka, tłuszczów lub sadzy. Ma charakter hydrofobowy, dlatego sama woda nie wystarcza do pozbycia się brudu i aby go usunąć, stosuje się mydła.

Zdarza się, że podczas mycia tworzy się w wodzie kłaczkowaty osad. Dzieje się tak, gdy woda używana do mycia jest twarda.

Woda twardawoda twardaWoda twarda zawiera znaczne ilości rozpuszczonych w niej soli wapnia i magnezu.
Podczas mycia i prania w twardej wodzie z użyciem mydła tworzą się nierozpuszczalne sole wapnia i magnezu, które tworzą osad. Użyte do mycia mydło nie pieni się, a wytwarzanie piany jest niezbędnym warunkiem usunięcia brudu.
Przykładowe równania zachodzących reakcji można zapisać następująco:

R1OQwih7QnrU91

*Rozróżniamy dwa rodzaje twardości wody – twardość wodorowęglanową (przemijającą), spowodowaną obecnością wodorowęglanów wapnia i magnezu, oraz twardość trwałą (nieprzemijającą), której przyczyną są rozpuszczone w wodzie inne sole wapnia i magnezu (chlorki, azotany(V), siarczany(VI)).
Gdy woda zawierająca wodorowęglany wapnia i magnezu zostanie przegotowana, zachodzą reakcje, w wyniku których węglan wapnia i węglan magnezu osadzają się na ściankach naczynia (np. czajnika) w postaci ciała stałego zwanego potocznie kamieniem kotłowym. Proces usuwania twardości przemijającej, wynikającej z obecności w wodzie jonów wapnia, opisuje równanie:

Jony wapnia i magnezu będące przyczyną twardości wody zostają usunięte. Uzyskuje się efekt zmiękczania wody. Dlatego też twardość wodorowęglanową nazywa się twardością przemijającą.

Twardość wody jest najczęściej wyrażana w stopniach niemieckich lub francuskich.
Stopień niemiecki [°n] jest równy takiej ilości soli zawartych w wodzie, która jest równoważna pod względem chemicznym 10 mg $\text{CaO}$.
Stopień francuski [°f] jest równy takiej ilości soli zawartych w wodzie, która jest równoważna pod względem chemicznym 10 mg $\text{CaC}{\text{O}}_{\text{3}}$.

Podsumowanie

• Mydła otrzymuje się w reakcjach zobojętniania wyższych kwasów tłuszczowych z wodorotlenkami metali grup 1. i 2. (głównie sodu, potasu, magnezu) oraz – na skalę przemysłową – w procesie zmydlania tłuszczów.

• Mydła skutecznie usuwają brud, ponieważ są substancjami powierzchniowo czynnymi. Ich specyficzna budowa – obecność hydrofilowej głowy oraz hydrofobowego ogona – wpływa na zmniejszenie napięcia powierzchniowego wody.

Słowniczek

Zadania