Mydło
SCENARIUSZ zajęć „mydło”
Chemia, III etap edukacyjny
Temat: Mydło.
Treści kształcenia:
Podstawa programowa: Punkt 2.2. [uczeń]: wyjaśnia, na czym polega proces usuwania brudu, bada wpływ twardości wody na powstawanie związków trudno rozpuszczalnych; zaznacza fragmenty hydrofobowe i hydrofilowe we wzorach cząsteczek substancji powierzchniowo czynnych.
Cele zoperacjonalizowane
UCZEŃ | podaje cechy wspólne oraz różniące mydła i detergenty syntetyczne; |
zna pojęcie napięcia powierzchniowego, miceli, twardości wody; | |
wymienia etapy produkcji mydła domowym sposobem; | |
określa czym pod względem chemicznym jest mydło tradycyjne; | |
wyjaśnia potrzebę zmiękczania wody. |
Nabywane umiejętności
UCZEŃ | potrafi wskazać fragmenty polarne i niepolarne w środkach powierzchniowo czynnych; |
prawidłowo opisuje mechanizm usuwania brudu; | |
sprawnie wyszukuje informacje z prezentacji oraz z dostępnych materiałów i zasobów Internetu; | |
potrafi wskazać przyczynę nieefektywnego prania w wodzie twardej. |
Kompetencje kluczowe:
porozumiewanie się w języku ojczystym
myślenie przyczynowo – skutkowe i podstawowe kompetencje naukowo‑techniczne
umiejętność uczenia się
Etapy lekcji
Wstęp:
W życiu codziennym mamy często do czynienia z brudem. Czym jest więc ten brud?
Przyjmuje się, że jest to mieszanina sadzy, substancji mineralnych (jak krzemionka, sole mineralne), pyłków roślinnych czy z transportu oraz potu jako naturalnej wydzieliny skóry (białka, tłuszcze, kwas mlekowy) i mikroorganizmów. Ma charakter niepolarny, czyli nie rozpuszcza się w wodzie.
Co zatem sprawia, że można go usunąć w procesie mycia lub prania?
Dlaczego do tego procesu skutecznie wykorzystujemy mydła i detergenty?
Przebieg zajęć:
Nauczyciel wyjaśnia, że użycie do mycia wody z dodatkiem mydła lub środka czystości ( jak np. płynu do mycia naczyń czy proszku do prania) pozwala na zwilżenie mytej powierzchni w wyniku obniżenia napięcia powierzchniowego wody. (Nauczyciel może w tym momencie odnieść się do poznanych przez uczniów właściwości wody omawianych na lekcjach chemii w gimnazjum). – Napięcie powierzchniowe jest określane jako zjawisko tworzenia się cienkiej, elastycznej błony z warstwy powierzchniowej danej cieczy, zdolnej np. w przypadku wody do utrzymania żyletki, igły czy nartnika. Napięcie powierzchniowe jest efektem działania sił przyciągających cząsteczki na powierzchni cieczy.
Napięcie powierzchniowe wody sprawia, że w zetknięciu z tłuszczem krople wody nie zmieniają swojego kształtu, cząsteczki wody po prostu silniej łączą się ze sobą niż z brudem, który chcemy usunąć. Obniżając napięcie umożliwiamy wodzie dotarcie do najdrobniejszych włókien mytej tkaniny lub zakamarków mytego przedmiotu.
Substancjami obniżającymi napięcie powierzchniowe są tradycyjne mydło i środki powierzchniowo czynne (detergenty syntetyczne), wchodzące w skład popularnych środków czystości.
Nauczyciel wyjaśnia uczniom, czym jest pod względem chemicznym mydło. ( - ponieważ w dostępnych preparatach często słowo mydło nie oznacza, że jest to mydło w sensie chemicznym, a raczej środek myjący).
Mydła to sole sodowe, potasowe, amonowe, litowe, magnezowe wyższych kwasów tłuszczowych (zwykle powyżej 12 atomów węgla w cząsteczce). Najczęściej wykorzystuje się tu kwas palmitynowy, kwas stearynowy, oleinowy, linolowy i linolenowy.
Nauczyciel przedstawia na tablicy wzory poszczególnych w/w kwasów karboksylowych nasyconych i nienasyconych.
Mydła otrzymuje się w tzw. reakcji zmydlania działając na tłuszcze (znane uczniom z gimnazjum) roztworem odpowiedniego wodorotlenku w podwyższonej temperaturze zgodnie z poniższym schematem:
Tłuszcz + Wodorotlenek → Mydło + Glicerol
Nauczyciel rozdaje uczniom karty w wypisanymi wzorami przykładowych mydeł w wersji jonowej np. palmitynianu sodu, stearynianu sodu, palmitynianu potasu, stearynianu potasu, oleinianu litu, oleinianu potasu, stearynianu magnezu etc.(przykład zapisu: CIndeks dolny 1717HIndeks dolny 3535COOIndeks górny -- NaIndeks górny ++)
Może wspomnieć, że mydła sodowe i potasowe są rozpuszczalne w wodzie oraz że przy produkcji przemysłowej mydła z tłuszczów naturalnych często otrzymuje się mieszaninę soli różnych kwasów tłuszczowych (zależnie od reszt kwasowych zawartych w ich cząsteczkach). Produkt uboczny reakcji zmydlania – gliceryna może zostać odprowadzona albo pozostawiona – ma właściwości nawilżające.
Oprócz metod przemysłowych produkcji, mydło można otrzymać również sposobem domowym. Dawniej mydła z różnego rodzaju tłuszczów oraz ługu z dodatkiem ziół, zapachów, aromatów produkowano właśnie w domach. Nauczyciel przedstawia uczniom film nt. otrzymywania takiego mydła oraz poleca uczniom wypisanie kolejnych etapów produkcji mydła domowym sposobem. (To zadanie może również potem sprawdzić – patrz zapis w fazie podsumowującej)
Mydła rozpuszczalne w wodzie mają budowę jonową. Składają się z dwóch części – polarnej, hydrofilowej, lipofobowej („lubiącej wodę” i „nie lubiącej tłuszczu”) oraz części niepolarnej, hydrofobowej, lipofilowej (czyli „nie lubiącej wody”, ale za to „lubiącej tłuszcz”). Popularnie części te określa się jako węglowodorowy „ogon” ( - doskonale rozpuszczalny w substancjach niepolarnych jak benzyna, smar, tłuszcz, brud) oraz hydrofilową „główkę” ( - rozpuszczalną w wodzie).
Nauczyciel poleca uczniom zaznaczenie tych części na rozdanych kartach ze wzorami przykładowych mydeł. Sprawdza poprawność wykonania zadania. Karty uczniowie wklejają do zeszytu.
Cząsteczki mydła znajdujące się w wodzie, tworzą tzw. micele – to znaczy „ogonami” wnikają w cząsteczki brudu, a „głowy” wystawiają na zewnątrz zamykając go wewnątrz utworzonego tak kulistego tworu. Usunięciu brudu sprzyja mechaniczne pocieranie, mieszanie, napowietrzanie. Pęcherzyki powietrza dostają się do takiej wody z mydłem tworząc pianę. Otoczone jonami mydła pęcherzyki powietrza (w sposób podobny jak otoczony był brud) przyspieszają usunięcie brudu i wyniesienie go na powierzchnię. W efekcie powstaje wodna mieszanina miceli mydła, powietrza i brudu, czyli emulsja. Można więc powiedzieć, że proces mycia i prania (czyli usuwanie brudu) polega na tworzeniu emulsji cząsteczek wody i brudu, połączonych cząsteczkami mydła.
Aby proces był efektywny, jakość wody powinna być odpowiednia. Mycie i pranie jest bowiem znacznie utrudnione w twardej wodzie. Nauczyciel proponuje uczniom obejrzenie prezentacji, w jej trakcie uczniowie powinni samodzielne wypisać cechy wody twardej i cechy wody miękkiej, przykładową reakcję tworzenia się nierozpuszczalnego mydła magnezowego oraz środki stosowane dla zmiękczenia wody twardej.
Nauczyciel omawia poszczególne slajdy.
Na zakończenie prezentacji nauczyciel może wspomnieć, że w podobny sposób jak mydła usuwają brud detergenty, czyli syntetyczne środki myjące, które również zmniejszają napięcie powierzchniowe wody, mają taką samą budowę (czyli fragmenty hydrofilowe i hydrofobowe), ale dodatkowo umożliwiają pranie w niższych temperaturach, a w wodzie twardej pienią się i nie strącają osadów nierozpuszczalnych mydeł wapniowych czy magnezowych.
Uczniowie dostają do wykonania w grupach 3‑4 osobowych zadanie:
Należy odnaleźć w dostępnych materiałach przygotowanych przez nauczyciela bądź w zasobach Internetu wzory następujących detergentów: siarczan (VI) dodecylu sodu; laurylosiarczan sodu; 4‑alkilobenzenosulfonian sodu; laurylobenzenosulfonian sodu; chlorek benzalkoniowy; chlorek cetrimonium; p‑heptylobenzenosulfonian sodu; a następnie zaznaczyć cześć hydrofilową i hydrofobową (czyli „główkę” i „ogon”), określić charakter chemiczny danego detergentu (kationowy, anionowy) i na tej podstawie uzupełnić wnioski zgodnie z zapisami na karcie pracy grupowej.
Karta pracy grupowej:
Nazwa detergentu | Wzór chemiczny z zaznaczoną „główką” i „ogonem” | Charakter detergentu ze względu na budowę chemiczną |
Wnioski:
W detergentach anionowych polarny fragment cząsteczki ma ładunek …………… .
W detergentach kationowych hydrofilowy fragment cząsteczki ma ładunek ……………….. .
2. Środki zawierające detergenty anionowe i kationowe można / nie można łączyć, ponieważ wzmacniają / tracą swoje właściwości.
Podsumowanie:
Nauczyciel zbiera karty pracy grupowej do oceny. Może również zebrać od chętnych uczniów wypisane etapy produkcji mydła domowym sposobem.
Nauczyciel przypomina pojęcia związane z mydłami – napięcie powierzchniowe, fragment hydrofilowy, fragment hydrofobowy, woda twarda, woda miękka.
Przypomina w skrócie mechanizm usuwania brudu (jony mydeł i detergentów skupiają się na powierzchni wody i zmniejszają jej napięcie powierzchniowe, woda wnika w zakamarki mytego przedmiotu, jony otaczają cząsteczki brudu części polarną w stronę wody, częścią niepolarną w stronę brudu itd.) oraz wpływ twardej wody na efekt prania.
Środki dydaktyczne:
komputery z dostępem do Internetu;
ew. materiały dodatkowe przygotowane przez nauczyciela ze wzorami detergentów;
karty pracy dla każdego ucznia oraz karty pracy grupowej (opis w scenariuszu);
film „Zrób sobie mydło” (zasób nr 1);
prezentacja multimedialna „Badania twardości wody” (zasób nr 2).
Metody dydaktyczne:
pogadanka;
praca w grupie zadaniowej;
praca z tekstem przewodnim (film);
wykład ilustrowany.
Formy dydaktyczne:
zbiorowa;
indywidualna.
Zadanie dla chętnych
Propozycje zadań:
Czy i dlaczego używanie wody twardej w procesach technologicznych jest korzystne?
Czym jest reklamowany system TAED?
Dlaczego obecnie zastępuje się w proszkach do prania fosforany glinokrzemianami?