1. Detergenty

DetergentydetergentyDetergenty to związki chemiczne, które współcześnie częściej niż mydła są wykorzystywane do mycia i prania. Związki te mają budowę podobną do mydeł, zbudowane są z części polarnej oraz niepolarnej i spełniają podobną jak mydła rolę w procesach mycia i prania – wytwarzają pianę, usuwają brud. Charakteryzują się dodatkowo pewnymi właściwościami, które sprawiają, że ich stosowanie jest korzystniejsze – między innymi zachowują doskonałe właściwości myjące i pieniące bez względu na stopień twardości wody.
Nazwa detergent pochodzi od łacińskiego słowa detergens – czyszczący.

Podobnie jak mydła, detergenty wpływają na obniżenie napięcia powierzchniowego wody, czyli są związkami powierzchniowo‑czynnymi. Detergenty nie tworzą jednak z jonami magnezu i wapnia osadów, ponieważ ich sole są rozpuszczalne. Detergenty (tak jak mydła) mają długie niepolarne łańcuchy węglowodorowe (ogony) związane z polarnymi grupami (głowami).

RXnFhNJLwQILH1

Ze względu na charakter chemiczny grupy polarnej rozróżnia się detergenty anionowe – grupa hydrofilowa ma ładunek ujemny, detergenty kationowe – z dodatnio naładowaną hyrofilową „głową”, detergenty niejonowe (fragment hydrofilowy zawiera grupy polarne) oraz amfoteryczne (ładunek hydrofilowej głowy zmienia się w zależności od pH)

Roztwory wodne detergentów są mniej podatne na zmiany pH – takie właściwości mają detergenty anionowe, z ujemnie naładowanymi siarczanowymi grupami funkcyjnymi.
Detergenty kationowe wykazują często działanie bakteriobójcze, a ich zdolność do zmieniania powierzchniowego pH wykorzystuje się w produkcji płynów zmiękczających i odżywek do włosów.
W detergentach amfoterycznych w części aktywnej powierzchniowo (głowie) mogą być są obecne ładunki dodatnie i ujemne.
W detergentach niejonowych cześć hydrofilowa nie ma ładunku, lecz wykazuje właściwości polarne.

Detergenty są składnikami używanych powszechnie preparatów do mycia (szampony, płyny do kąpieli), prania (proszki, żele) i czyszczenia (płyny, mleczka do czyszczenia), dlatego produkcja detergentów stanowi jedną z podstawowych gałęzi przemysłu chemicznego. Detergenty dostępne w sprzedaży są mieszaninami. Większość z nich zawiera różne dodatki, takie jak wypełniacze (do zwiększenia objętości), środki zmniejszające pienienie oraz środki wybielające.

Szampony do włosów

Szampon, którego podstawową funkcją jest usuwanie z włosów i skóry głowy łoju i brudu, wykazuje doskonałe właściwości myjące. W przeciwieństwie do mydła jego działanie jest efektem takich składników, jak związki powierzchniowo czynne, stabilizatory piany, substancje zapachowe, koloryzujące, konserwujące itp. Detergenty – podstawowe składniki szamponów, są tak dobrane, aby doskonale usuwały brud z włosów i skóry, dobrze się pieniły oraz zachowały swoją funkcjonalność bez względu na stopień twardości wody.

Najczęściej stosowanymi w szamponach związkami powierzchniowo czynnymi są siarczany(VI) węglowodorów zawierających w łańcuchu od 10 do 18 atomów węgla, np.: bardzo popularny dodecylosiarczan(VI) sodu (laurylosiarczan(VI) sodu) – sól sodowa estru o wzorze: ${\text{C}}_{\text{12}}{\text{H}}_{\text{25 }}\text{– O – }{\text{SO}}_{\text{3}}^{-}{\text{Na}}^{\text{+}}$.

R1MBmeLapRCNk1

Wzór strukturalny i model laurylosiarczanu(VI) sodu

Związki te mają doskonałe właściwości pieniące (nawet w bardzo twardej wodzie) i łatwo dają się spłukać z włosów. Nic więc dziwnego, że podczas mycia włosów sięgamy po szampon, a nie po mydło.

Proszki do prania

Głównym składnikiem proszków do prania są detergenty, które usuwają większość brudu. Oprócz detergentów proszki do prania zawierają także środki zmiękczające wodę, wybielacze i enzymy.
Środki zmiękczające wodę mają zapobiegać strącaniu się trudno rozpuszczalnych soli wapnia i magnezu. Dawniej to tego celu używano związku o nazwie heksametafosforan sodu, którego działanie na środowisko okazało się szkodliwe. Obecnie jako substancje zmiękczające wodę stosowane są zeolity, pozwalające zmniejszyć ilość dodawanych do proszków fosforanów(V).

ZeolityzeolityZeolity to glinokrzemiany metali z 1. i 2. grupy wyróżniające się niezwykłą porowatą strukturą, a przez to unikalnymi właściwościami. Przykładem działania zeolitów jest usuwanie jonów wapnia z twardej wody. Dzięki swojej niezwykłej zdolności wymiany jonów zeolity wymieniają jony sodowe na jony wapnia (wychwytują je i zatrzymują w swoich porach). W ten sposób usuwają je z wody i woda staje się miękka.

RylDEjeym4zGt1

Grafika przedstawiająca zeolit, widoczne wyraźne pory

Nowoczesne proszki do prania zawierają w swoim składzie enzymy (biokatalizatory). Dzięki enzymom proszki mają zdolność szybkiego rozkładania związków pochodzenia organicznego tworzących plamy na ubraniach i powinny usuwać zabrudzenia z soków, jajka, krwi, trawy (zawierające w swoim składzie białka).
W skład enzymatycznych proszków do prania wchodzą najczęściej enzymy rozkładające białka (proteazy) oraz cukry (np. amylaza, celulaza) i tłuszcze (lipazy).

Doświadczenie 2

Problem badawczy

Czy działanie proszku enzymatycznego różni się od działania proszku niezawierającego enzymów?

Hipoteza

Dodatek enzymów znacząco wpływa na skuteczność działania proszku w przypadku zabrudzenia substancjami białkowymi.

Co będzie potrzebne

• trzy zlewki,

• woda,

• jajko ugotowane na miękko,

• proszek zawierający enzymy,

• proszek niezawierający enzymów,

• 2 łyżeczki.

Instrukcja

1. Przygotuj dwie zlewki z ciepłą wodą.

2. Do jednej zlewki nasyp łyżeczkę proszku enzymatycznego i zamieszaj, aż do rozpuszczenia. Do drugiej nasyp proszek niezawierający enzymów. Zamieszaj.

3. Przetnij jajko na pół.

4. Zanurz łyżeczkę w żółtku, tak aby żółtko przylepiło się do niej. Podobnie postępuj z drugą łyżeczką.

5. Włóż łyżeczki do przygotowanych wcześniej zlewek z roztworem proszku i odstaw na kilka minut. Obserwuj zachodzące zmiany.

Podsumowanie

RQ30TRd1arCNe1

W wodzie z proszkiem enzymatycznym żółtko rozpuszcza się (A), gdy dodany do wody proszek nie zawiera enzymów żółtko pozostaje na łyżeczce(B).Proteazy (enzymy) zawarte w proszku tną białka na mniejsze fragmenty, które są rozpuszczalne w wodzie

Proteazy (enzymy) zawarte w proszku tną (rozkładają) białka na mniejsze fragmenty, które są rozpuszczalne w wodzie.

Wybielacze usuwają żółtawe lub szarawe zabarwienie długo używanych białych tkanin. Bezpośrednim czynnikiem wybielającym jest aktywna forma tlenu $\text{[O]}$, która podczas prania jest uwalniana  z odpowiednich składników proszku.
W proszkach do prania stosowane są, jako wybielacze, nadtlenek wodoru ${\text{H}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{2}}$, nadtlenowęglan sodu $\text{2}{\text{Na}}_{\text{2}}{\text{CO}}_{\text{3}}\text{ ·}{\text{ 3H}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{2}}$lub odmiana boraksu – nadtlenoboran sodu, w którym jedna cząsteczka wody hydratacyjnej została zastąpiona cząsteczką nadtlenku wodoru${\text{Na}}_{\text{2}}{\text{B}}_{\text{4}}{\text{O}}_{\text{7}}\text{ · 9}{\text{H}}_{\text{2}}\text{O · }{\text{H}}_{\text{2}}{\text{O}}_{\text{2}}$.
Tlen atomowy uwalnia się z cząsteczki nadtlenku wodoru:

*Nadtlenowęglan sodu, mający postać białego proszku, rozkłada się w wodzie, gdzie jest źródłem aktywnego tlenu, a pozostałymi produktami są nieszkodliwe związki – węglan sodu i woda. Proces ten przebiega w dwóch etapach:

W przypadku nadtlenoboranu sodu proces rozkładu zachodzi dopiero w temperaturze 95°C. Dodanie do proszku substancji o nazwie TEAD (tetraacetylenodiamina) powoduje, że wspomniany rozkład przebiega w temperaturach niższych – ok. 40°C, co pozwala na stosowanie proszków z efektem wybielania także do prania tkanin syntetycznych.

Preparaty do mycia naczyń

Płynów do mycia naczyń używa się głównie do mycia ręcznego – usuwania brudu i resztek posiłku z naczyń kuchennych, zastawy stołowej i sztućców. Oprócz skuteczności środki te powinny wykazywać braki negatywnego wpływu na skórę rąk. Nie powinny również pozostawiać zacieków na szklanych naczyniach. Podstawowymi składnikami płynów do mycia naczyń są związki powierzchniowo czynne (5–15%) i woda. W ich skład wchodzą także anionowe związki powierzchniowo czynne wspomagające usuwanie tłuszczu, stabilizatory piany, enzymy, regulatory twardości wody (fosforany(V), krzemiany), gliceryna lub lanolina do ochrony skóry dłoni, etanol, chlorek sodu, kwas octowy.
Głównymi składnikami preparatów (proszki, kapsułki) przeznaczonych do mycia naczyń w zmywarkach są związki sodu – fosforany(V) i krzemiany. W wyniku reakcji krzemianu sodu z wodą powstaje wodorotlenek sodu, który bierze udział w reakcji zmydlania tłuszczu (głównego składnika brudu).

Produkty reakcji zmydlania tłuszczu są wypłukiwane przez silny strumień wody w zmywarce.

2. Inne środki czyszczące

Środki do mycia szkła

Szkło cechuje się niewielką odpornością na zarysowania, dlatego środki do mycia szkła (okien, luster) mają zazwyczaj postać roztworu surfaktantów w wodzie i nie zawierają substancji ściernych. Natomiast w ich skład wchodzą związki lotne (łatwo parujące), np. amoniak ${\text{NH}}_{\text{3}}$, kwas octowy (etanowy) ${\text{CH}}_{\text{3}}\text{COOH}$ lub etanol ${\text{C}}_{\text{2}}{\text{H}}_{\text{5}}\text{OH}$, które mają zapobiegać powstawaniu smug.

Preparaty do udrażniania rur

Głównym składnikiem środków do udrażniania rur jest wodorotlenek sodu lub/i potasu w postaci granulek bądź stężonego roztworu. Związek ten ma właściwości żrące oraz wchodzi w reakcję z tłuszczem (zmydlanie tłuszczów), skutecznie likwidując powstające w rurach zatory.

Metody czyszczenia metali

Do czyszczenia przedmiotów metalowych stosuje się różne środki w zależności od rodzaju metalu i pokrywających go zanieczyszczeń

R10lYK9oBAup61

Seria trzech zdjęć. Na pierwszym pokryte rdzą przedmiot: klucze, śruby, nożyczki, koła zębate. Na drugim widać sztućce wykonane ze srebra, pokryte nalotem i czyste – błyszczące. Na trzecim jest fragment mosiężnego elemnty architektonicznego pokrytego patyną.

R2moQ5U3jyxGR1

Seria trzech zdjęć. Na pierwszym pokryte rdzą przedmiot: klucze, śruby, nożyczki, koła zębate. Na drugim widać sztućce wykonane ze srebra, pokryte nalotem i czyste – błyszczące. Na trzecim jest fragment mosiężnego elemnty architektonicznego pokrytego patyną.

R1UTMxBW3jATh1

Seria trzech zdjęć. Na pierwszym pokryte rdzą przedmiot: klucze, śruby, nożyczki, koła zębate. Na drugim widać sztućce wykonane ze srebra, pokryte nalotem i czyste – błyszczące. Na trzecim jest fragment mosiężnego elemnty architektonicznego pokrytego patyną.

Przed użyciem wszelkich środków czyszczących trzeba zapoznać się z podanymi na etykiecie informacjami dotyczącymi składu i zasad bezpiecznego ich używania. Preparaty czyszczące należy przechowywać z dala od dzieci. Podczas używania tych, które zawierają substancje toksyczne, drażniące lub żrące, należy unikać rozpryśnięcia, potarcia oczu, kontaktu ze skórą.

RNnAqxv73AlpO1

Jak bezpiecznie używać środków czyszczących?

Jak bezpiecznie używać środków czyszczących?

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

Jak bezpiecznie używać środków czyszczących?

3. Wpływ środków czyszczących na środowisko przyrodnicze

Detergenty oraz inne składniki środków piorących i czyszczących mogą mieć działanie szkodliwe dla środowiska przyrodniczego. Szczególnie uciążliwe dla środowiska są dodawane do detergentów fosforany(V), które przedostają się wraz ze ściekami komunalnymi do wód, zanieczyszczając je i powodując ich eutrofizację.

EutrofizacjaeutrofizacjaEutrofizacja polega na intensywnym rozwoju roślin i mikroorganizmów wodnych wskutek wzrostu zawartości składników odżywczych w wodzie, głównie jonów fosforanowych(V), pochodzących ze ścieków zanieczyszczonych środkami myjącymi i czyszczącymi. Początkowo jest to zjawisko korzystne, sprzyjające zwiększeniu populacji ryb w jeziorach i rzekach. Jednak w kolejnych etapach przestaje być pozytywne. W zbiornikach wodnych dochodzi do silnego rozwoju glonów i tzw. zakwitu wód. Utrudnienie dostępu światła do niższych warstw wody powoduje zahamowanie wzrostu roślin żyjących w głębszych warstwach zbiornika. Proces obumierania i gnicia glonów sprawia, że zawartość tlenu w wodzie obniża się, co zmniejsza populację wielu gatunków roślin i zwierząt. Stopniowo może następować zarastanie zbiornika wodnego i przekształcenie go w bagno. Dlatego bardzo ważne jest racjonalne stosowanie przez człowieka środków czyszczących oraz poszukiwanie nowych produktów, które nie będą stwarzały takich zagrożeń. Coraz częściej w sprzedaży znajdują się już środki czyszczące bez fosforanów(V), które zawierają związki ulegające biodegradacji w oczyszczalniach ścieków. Kupując te preparaty, możemy okazać swoją troskę o środowisko.

R1cuMwUyd0QTF1

Gdy do zbiorników wodnych (rzek, jezior) wraz ze ściekami dostają się detergenty, na powierzchni wody tworzy się piana

R15fU676mhtYL1

W zanieczyszczonych zbiornikach wodnych, zagrożonych eutrofizacją, dochodzi do silnego rozwoju glonów i tzw. zakwitu wód

R1dFZYfsbP5xK1

Eutrofizację uważa się za jedno z najpoważniejszych zagrożeń ekosystemów morskich. Latem na Bałtyku można obserwować rozległe zakwity glonów. Są to typowe przejawy zaawansowanej eutrofizacji.Główną przyczyną tego zjawiska jest fosfor – pierwiastek biogenny, który dostaje się do morza wraz ze ściekami bytowo-gospodarczymi oraz zrzutami z oczyszczalni ścieków

RbqQZ1qQuKzSw1

Mazury

*Związki fosforu są jednymi z bardziej uciążliwych dla środowiska naturalnego. Niezwykle ważne jest usuwanie ich ze ścieków odprowadzanych do rzek, aby zapobiec pogarszaniu jakości wody, a nawet zanikowi życia w środowisku wodnym. Fosfor może być usuwany ze ścieków metodami strąceniowymi i biologicznymi. Do strącania fosforanów używa się np. siarczanów(VI) glinu i żelaza.
Metody biologiczne polegają na wykorzystaniu bakterii, które w warunkach tlenowych pobierają fosfor i przetwarzają go na polifosforany. Związany fosfor wbudowuje się w komórki bakterii i jest usuwany razem z biomasą. Proces ten odbywa się w bioreaktorach, które są częścią systemu w mechaniczno‑biologicznych oczyszczalniach ścieków. Warunkiem biologicznego usuwania fosforu jest poddawanie osadu czynnego na zmianę warunkom tlenowym i beztlenowym. W warunkach beztlenowych bakterie fosforowe pozbywają się ze swoich komórek fosforu. Podczas tego procesu uwalnia się energia, zużywana przez te bakterie do pobierania ze ścieków łatwo przyswajalnych wysokoenergetycznych związków organicznych. Następnie w strefie tlenowej bioreaktora bakterie fosforowe pobierają duże ilości fosforu, gromadząc go w swoich komórkach. Ilość pobranego fosforu w warunkach tlenowych jest znacznie większa od ilości fosforu usuniętego z komórek bakterii w warunkach beztlenowych. Usuwając ze ścieków biomasę osadu czynnego zawierającą bakterie, jednocześnie usuwa się zgromadzony w ich komórkach fosfor. W ten sposób obniża się jego ilość w ściekach.

Rge1ZXX4AG09o1

Najpopularniejszym sposobem usuwania fosforu ze ścieków przed ich odprowadzaniem do rzek jest biologiczne oczyszczanie, które odbywa się w bioreaktorach

Podsumowanie

• Detergenty syntetyczne (podobnie jak mydła) są substancjami powierzchniowo czynnymi, przez co pozwalają na skuteczne usuwanie brudu w procesach mycia i prania.

• Obecnie do mycia i czyszczenia używa się wiele rodzajów preparatów. Ich starannie dobrany skład ma gwarantować skuteczność działania.

• Niektóre ze środków czyszczących mają właściwości żrące bądź drażniące. Dlatego należy uważnie czytać instrukcje i podczas stosowania zachować wskazane środki ostrożności, np.: stosować rękawice ochronne.

• Nawet małe stężenie detergentów i innych składników środków czyszczących w zbiornikach wodnych utrudnia proces oczyszczania wody, a zwłaszcza sedymentację zawiesin, co jest przyczyną degradacji środowiska przyrodniczego, dlatego dąży się do tego, aby stosowane detergenty były biodegradowalne.

Słowniczek

Zadania