1. Detergenty

DetergentydetergentyDetergenty to związki chemiczne, które współcześnie są, częściej niż mydła, wykorzystywane do mycia i prania. Związki te mają budowę podobną do mydeł: zbudowane są z części polarnej oraz niepolarnej oraz także 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 wodytwardość wodystopień twardości wody.
Określenie „detergent” pochodzi od łacińskiego słowa detergens – czyszczący.

Doświadczenie 1

RugDcqlr7XPmO

Problem badawczy: W jaki sposób detergenty działają na wodę?. Hipoteza: Spośród podanych poniżej hipotez wybierz jedną, a następnie ją zweryfikuj. Hipoteza 1: Detergenty, podobnie jak mydła, obniżają napięcie powierzchniowe wody. Hipoteza 2: Detergenty, inaczej niż mydła, nie obniżają napięcia powierzchniowego wody. Twój wybór: (Wybierz: Hipoteza 1, Hipoteza 2). Co będzie potrzebne: dwa krystalizatory; woda; roztwór wodny dowolnego detergentu, np. płynu do mycia naczyń; roztwór wodny mydła; mielony cynamon (lub mielony pieprz bądź papryka). Instrukcja: 1. Do obu krystalizatorów wlej wodę do ok. ¾ objętości naczynia. 2. Na powierzchnię wody w obu krystalizatorach nasyp trochę cynamonu (lub mielonego pieprzu bądź papryki). 3. Zanurz palec w roztworze mydła, a następnie tym samym palcem, na którym znajduje się roztwór mydła, delikatnie dotknij powierzchni wody w jednym z naczyń. Obserwuj, co się dzieje. 4. Próbę powtórz, nanosząc roztwór detergentu na powierzchnię wody w drugim naczyniu.

RDgt1UTTQpvhI

Zdjęcie przedstawia białe naczynie wypełnione wodą z cynamonem. Na zdjęciu widać również palec wskazujący, który dotyka powierzchni cieczy. Unoszący się na wodzie cynamon, w miejscu styku palca i wody, rozchodzi się na brzegi naczynia.

Przeprowadzono doświadczenie, w którym sprawdzono, w jaki sposób detergenty i mydło działają na wodę. Wybierz jedną z przedstawionych w doświadczeniu hipotez, a następnie ją zweryfikuj. Zapoznaj się z opisem obserwacji i wnioskami.

Problem badawczy:

W jaki sposób detergenty działają na wodę?

Hipoteza:

Detergenty, podobnie jak mydła, obniżają napięcie powierzchniowe wody.

Co było potrzebne:

• dwa krystalizatory;

• woda;

• roztwór wodny dowolnego detergentu, np. płynu do mycia naczyń;

• roztwór wodny mydła;

• mielony cynamon (lub mielony pieprz bądź papryka).

Przebieg doświadczenia:

Do obu krystalizatorów wlano wodę do około $\frac{3}{4}$ objętości naczynia. Następnie na powierzchnię wody w obu krystalizatorach nasypano trochę cynamonu (lub mielonego pieprzu bądź papryki). Palec zanurzono w roztworze mydła, a następnie tym samym palcem, na którym znajduje się roztwór mydła, delikatnie dotknięto powierzchni wody w jednym z naczyń. Próbę powtórzono, nanosząc roztwór detergentu na powierzchnię wody w drugim naczyniu.

Obserwacje:

Warstwa cynamonu (lub pieprzu bądź papryki) lekko unosi się, pokrywa całą powierzchnię wody, po czym „rozrywa się” i przemieszcza ku ściankom naczynia. Środek naczynia pozostaje pozbawiony warstwy proszku (wybranej przyprawy).

Wniosek:

Wysypany na powierzchnię wody proszek (wybrana przyprawa) znajduje się na błonie powierzchniowej, dzięki czemu możemy obserwować zmiany, jakie w niej zachodzą. Oznacza to, że detergent, podobnie jak mydło, obniża napięcie powierzchniowe wody, przez co błona tworząca się na powierzchni wody rozpada się.

1

Polecenie 1

RZt75PhAWdVuZ

Obserwacje: (Uzupełnij). Wniosek: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Obserwacje: W jaki sposób zachowuje się warstwa proszku na powierzchni wody po naniesieniu na nią detergentu lub mydła?

Wniosek: Przypomnij sobie, dzięki jakiemu zjawisku jest możliwe unoszenie się warstwy proszku na powierzchni wody.

Pokaż odpowiedź

Sprawdź, czy udzielone przez Ciebie odpowiedzi są podobne do tych zamieszczonych poniżej.

Obserwacje: Warstwa cynamonu (lub pieprzu bądź papryki) lekko unosi się, pokrywa całą powierzchnię wody, po czym „rozrywa się” i przemieszcza ku ściankom naczynia. Środek naczynia pozostaje pozbawiony warstwy proszku (wybranej przyprawy).

Wniosek: Wysypany na powierzchnię wody proszek (wybrana przyprawa) znajduje się na błonie powierzchniowej, dzięki czemu możemy obserwować zmiany, jakie w niej zachodzą. Oznacza to, że detergent, podobnie jak mydło, obniża napięcie powierzchniowe wody, przez co błona tworząca się na powierzchni wody rozpada się.

1

Polecenie 1

Wyjaśnij, dlaczego warstwa wybranej przyprawy pod wpływem detergentu rozrywa się.

RHaAIhnxLBpX0

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Przypomnij sobie wpływ detergentu na napięcie powierzchniowe wody.

Pokaż odpowiedź

Detergent powoduje obniżenie napięcia powierzchniowego wody, co powoduje rozerwanie warstwy wybranej przyprawy.

Detergenty, podobnie jak mydła, wpływają na obniżenie napięcia powierzchniowego wody, czyli są związkami powierzchniowo–czynnymizwiązki powierzchniowo‑czynnezwiązkami powierzchniowo–czynnymi. Nie tworzą jednak trudno rozpuszczalnych osadów z jonami magnezu i wapnia, ponieważ ich sole z tymi jonami są rozpuszczalne.

Detergenty (tak jak mydła) mają długie niepolarne łańcuchy węglowodorowe (tak zwane ogony) o właściwościach hydrofobowychwłaściwości hydrofobowewłaściwościach hydrofobowych (co oznacza, że te fragmenty „nie lubią” wody i nie rozpuszczają się w niej), związane z polarnymi grupami (inaczej: głowami) o właściwościach hydrofilowychwłaściwości hydrofilowewłaściwościach hydrofilowych („lubiących” wodę i dobrze się w niej rozpuszczających).

Ze względu na charakter chemiczny grupy polarnej, detergenty można podzielić na:

• detergenty anionowe – grupa hydrofilowa ma ładunek ujemny;

• detergenty kationowe – hyrofilowa głowa posiada ładunek dodatni;

• niejonowe – fragment hydrofilowy jest pozbawiony ładunku, ale zawiera grupy polarne;

• amfoteryczne – ładunek hydrofilowej głowy zmienia się w zależności od pH roztworu.

W detergentach amfoterycznych, w części aktywnej powierzchniowo (głowie) mogą być obecne zarówno ładunki dodatnie, jak i ujemne. Natomiast w detergentach niejonowych, część hydrofilowa nie ma ładunku, lecz wykazuje właściwości polarne.

Właściwości poszczególnych detergentów są uzależnione od charakteru chemicznego polarnego fragmentu. Przykładowo – detergenty kationowe często wykazują działanie bakteriobójcze, a ich zdolność do zmieniania powierzchniowego pH wykorzystuje się w produkcji płynów zmiękczających i odżywek do włosów. Z kolei wodne roztwory detergentów anionowych, z ujemnie naładowanymi siarczanowymi grupami funkcyjnymi, są mniej podatne na zmianę pH.

RH4uup8NKewre

Na zdjęciu po lewej znajdują się szare plastikowe opakowania na detergenty. Mają kolorowe nakrętki. Z prawej strony przedstawione są tabletki do zmywarki. Mają one postać czerwono—niebieskich prostopadłościanów z wypukłą, niebieską półkulą w środku oraz biało—niebieskich prostopadłościanów z wypukłą, czerwoną półkulą w środku.

Detergenty dostępne w sprzedaży są mieszaninami. Większość z nich zawiera różne dodatki, takie jak wypełniacze (do zwiększenia objętości), środki wybielające, środki zmiękczające, konserwanty czy kompozycje zapachowe.

Szampony do włosów

Szampon, którego podstawową funkcją jest usuwanie łoju oraz brudu z włosów i skóry głowy, wykazuje doskonałe właściwości myjące. 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 organiczne estry kwasu siarkowego($\text{VI}$) i ich pochodne, które zawierają od $10$ do $18$ atomów węgla w łańcuchu – bardzo popularny dodecylosiarczan($\text{VI}$) sodu (laurylosiarczan($\text{VI}$) sodu) to sól sodowa estru o wzorze: ${\text{C}}_{12}{\text{H}}_{25}—\text{O}—{\text{SO}}_3^{-}{\text{Na}}^{+}$

1

Polecenie 3

Zastanów się, jakie informacje, o charakterze laurylosiarczanu($\text{VI}$) sodu, możesz odczytać, analizując model struktury tego związku. Do jakiej grupy należy ten związek – do detergentów kationowych czy anionowych?

R444Jc4kgCXNW

R116tJsLsoczZ

Odpowiedź:.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Przypomnij sobie, jakie właściwości mają poszczególne elementy budujące cząsteczkę detergentu. Zastanów się, jakie jony powstaną w wyniku dysocjacji laurylosiarczanu($\text{VI}$) sodu w wodzie.

Pokaż odpowiedź

Laurylosiarczan($\text{VI}$) sodu posiada długi, lipofilowy ogon oraz hydrofilową głowę. Oznacza to, że jedna (polarna) część związku będzie dobrze się rozpuszczać zarówno w substancjach hydrofilowych, a druga (niepolarna) – w hydrofobowych. Detergent ten w roztworze wodnym ulega dysocjacji, w wyniku której zostaje otrzymany anion ${\text{C}}_{12}{\text{H}}_{25}—\text{O}—{\text{SO}}_3^{-}{\text{Na}}^{+}$ oraz kation ${\mathrm{Na}}^{+}$. Oznacza to, że laurylosiarczan($\text{VI}$) sodu zalicza się do detergentów anionowych, ponieważ jon pełniący funkcję detergentu posiada ładunek ujemny.

1

Polecenie 3

Do jakiej grupy należy laurylosiarczan($\text{VI}$) sodu – do detergentów kationowych czy anionowych? Zastanów się, jakie jony powstaną w wyniku dysocjacji laurylosiarczanu($\text{VI}$) sodu w wodzie.

RQ683HQ7mtWSK

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Przypomnij sobie, jakie właściwości mają poszczególne elementy budujące cząsteczkę detergentu. Zastanów się, jakie jony powstaną w wyniku dysocjacji laurylosiarczanu($\text{VI}$) sodu w wodzie.

Pokaż odpowiedź

Laurylosiarczan($\text{VI}$) sodu posiada długi, lipofilowy ogon oraz hydrofilową głowę. Oznacza to, że jedna (polarna) część związku będzie dobrze się rozpuszczać zarówno w substancjach hydrofilowych, a druga (niepolarna) – w hydrofobowych. Detergent ten w roztworze wodnym ulega dysocjacji, w wyniku której zostaje otrzymany anion ${\text{C}}_{12}{\text{H}}_{25}—\text{O}—{\text{SO}}_3^{-}{\text{Na}}^{+}$ oraz kation ${\text{Na}}^{+}$. Oznacza to, że laurylosiarczan($\text{VI}$) sodu zalicza się do detergentów anionowych, ponieważ jon pełniący funkcję detergentu posiada ładunek ujemny.

Detergenty 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 właśnie detergenty, które usuwają większość brudu. Oprócz nich, proszki do prania zawierają także środki zmiękczające wodę, wybielacze, a także 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 jednak szkodliwe. Obecnie, jako substancje zmiękczające wodę, stosowane są zeolityzeolityzeolity, pozwalające zmniejszyć ilość dodawanych do proszków fosforanów($\text{V}$).

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

RXjvn0OjvhTtY

Grafika przedstawiająca szary zeolit, w którym widoczne są wyraźne pory, czyli puste przestrzenie.

Nowoczesne proszki do prania zawierają w swoim składzie enzymy (biokatalizatory). W skład enzymatycznych proszków do prania wchodzą enzymy rozkładające białka (proteazy), cukry (np. amylaza, celulaza) i tłuszcze (lipazy). Dzięki nim proszki te mają zdolność szybkiego rozkładania związków pochodzenia organicznego, odpowiedzialnych za plamy na ubraniach. Dzięki temu skutecznie usuwają uporczywe zabrudzenia, jak np. te zawierające w swoim składzie białka (plamy z jajek, krwi, trawy) czy tłuszcze (czekolada, oleje).

Doświadczenie 2

R1QrgJ8xiNxqI

Problem badawczy: Czy działanie proszku enzymatycznego różni się od działania proszku niezawierającego enzymów?. Hipoteza: Spośród podanych poniżej hipotez wybierz jedną, a następnie ją zweryfikuj. Hipoteza 1: Dodatek enzymów znacząco wpływa na skuteczność działania proszku w przypadku zabrudzenia substancjami białkowymi. Hipoteza 2: Dodatek enzymów nie ma wpływu na skuteczność działania proszku w przypadku zabrudzenia substancjami białkowymi. Co będzie potrzebne: dwie zlewki; woda; jajko ugotowane na miękko; proszek zawierający enzymy; proszek niezawierający enzymów; dwie łyżeczki. Instrukcja: 1. Przygotuj dwie zlewki z ciepłą wodą. 2. Do jednej zlewki nasyp łyżeczkę proszku enzymatycznego i mieszaj aż do jego rozpuszczenia. 3. Do drugiej zlewki nasyp proszek niezawierający enzymów i mieszaj aż do rozpuszczenia. 4. Przetnij jajko na pół. 5. Zanurz łyżeczkę w żółtku tak, aby żółtko przylepiło się do niej. Podobnie postępuj z drugą łyżeczką. 6. Obie łyżeczki włóż jednocześnie do przygotowanych wcześniej zlewek z roztworami proszków i odstaw na kilka minut. Obserwuj zachodzące zmiany.

Celem sprawdzenia, czy dodanie enzymów do proszku do prania, ma wpływ na jego skuteczność w usuwaniu uporczywych plam, wykonano poniższe doświadczenie. Wybierz właściwą hipotezę i zweryfikuj jej poprawność. Zapoznaj się z obserwacjami i wnioskami.

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 było potrzebne:

• dwie zlewki;

• woda;

• jajko ugotowane na miękko;

• proszek zawierający enzymy;

• proszek niezawierający enzymów;

• dwie łyżeczki.

Przebieg doświadczenia:

Przygotowano dwie zlewki z ciepłą wodą. Następnie do jednej zlewki nasypano łyżeczkę proszku enzymatycznego i mieszano aż do jego rozpuszczenia. Do drugiej zlewki nasypano proszek nie zawierający enzymów i mieszano aż do rozpuszczenia. W kolejnym kroku przecięto jajko na pół, a następnie zanurzono łyżeczkę w żółtku tak, aby żółtko przylepiło się do niej. Podobnie postąpiono z drugą łyżeczką. Obie łyżeczki włożono jednocześnie do przygotowanych wcześniej zlewek z roztworami proszków i odstawiono na kilka minut.

Obserwacje:

Łyżeczka zanurzona w roztworze proszku enzymatycznego staje się stopniowo coraz czystsza, a żółtko znika z jej powierzchni. Taka zmiana nie następuje w przypadku łyżeczki zanurzonej w roztworze proszku pozbawionego enzymów – żółtko pozostaje na łyżeczce.

Wnioski:

Działanie proszku enzymatycznego widocznie różni się od działania proszku pozbawionego enzymów. Enzymy zawarte w proszku do prania umożliwiają usunięcie brudu pochodzenia organicznego, w którego skład wchodzą substancje będące białkami.

Podsumowanie:

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

1

Polecenie 4

RI46i98P6k2a0

Obserwajce: (Uzupełnij). Wnioski: (Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Obserwacje: Przyjrzyj się, co dzieje się z żółtkiem, przyklejonym do łyżeczek zanurzonych w roztworach różnych proszków do prania. Czy zachodzą jakieś zmiany? Jeśli tak, to czy w obu zlewkach są one takie same?

Wnioski: Zastanów się, jakimi składnikami różnią się oba roztwory proszków do prania.

Pokaż odpowiedź

Sprawdź, czy udzielone przez Ciebie odpowiedzi są podobne do tych zamieszczonych poniżej.

Obserwacje: Łyżeczka zanurzona w roztworze proszku enzymatycznego staje się stopniowo coraz czystsza, a żółtko znika z jej powierzchni. Taka zmiana nie następuje w przypadku łyżeczki zanurzonej w roztworze proszku pozbawionego enzymów – żółtko pozostaje na łyżeczce.

Wnioski: Działanie proszku enzymatycznego widocznie różni się od działania proszku pozbawionego enzymów. Enzymy zawarte w proszku do prania umożliwiają usunięcie brudu pochodzenia organicznego, w którego skład wchodzą substancje będące białkami.

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

RFmEyGPfLLGix

1

Polecenie 4

Opisz działanie enzymów znajdujących się w proszkach do prania, podczas usuwania plam.

R1HSzPEeqs5P5

(Uzupełnij).

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Enzymy to tak zwane biokatalizatory, czyli substancje przyspieszające przebieg reakcji biologicznych.

Pokaż odpowiedź

Enzymy zawarte w proszkach do prania pozwalają na skuteczny rozkład brudu, w którego skład wchodzą substancje złożone z białek, nawet jeżeli pranie przebiega w wodzie o niskiej temperaturze.

Wybielacze usuwają żółtawe lub szarawe zabarwienie długo używanych białych tkanin. Bezpośrednim czynnikiem wybielającym jest aktywna forma tlenu $\left[\text{O}\right]$, która podczas prania jest uwalniana z odpowiednich składników proszku.
W proszkach do prania stosowane są jako wybielacze nadtlenek wodoru ${\text{H}}_2{\text{O}}_2$, nadtlenowęglan sodu $2{\text{Na}}_2{\text{CO}}_3·3{\text{H}}_2{\text{O}}_2$ lub odmiana tetraboranu sodu (boraksu) – nadtlenoboran sodu, w którym jedna cząsteczka wody hydratacyjnej została zastąpiona cząsteczką nadtlenku wodoru ${\text{NaB}}_4{\text{O}}_7·9{\text{H}}_2\text{O}·{\text{H}}_2{\text{O}}_2$.

Tlen atomowy uwalnia się z cząsteczki nadtlenku wodoru:

Tak otrzymana aktywna forma tlenu wykazuje działanie wybielające. Niewykorzystane w tym procesie atomy tlenu po pewnym czasie ulegną połączeniu z wytworzeniem cząsteczek.

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

W przypadku nadtlenoboranu sodu (boraksu), proces uwalniania aktywnych form tlenu zachodzi efektywnie w temperaturze $60°\text{C}$ lub wyższej. Dodanie do proszku substancji o nazwie TAED (tetraacetyloetylenodiamina), która jest tak zwanym aktywatorem wybielania, powoduje, że wspomniany rozkład przebiega w niższych temperaturach – około $40°\text{C}$. Pozwala to 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($\text{V}$), 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($\text{V}$) 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 ${\text{NH}}_3$, kwas octowy (etanowy) ${\text{CH}}_3\text{COOH}$ lub etanol ${\text{C}}_2{\text{H}}_5\text{OH}$, które mają zapobiegać powstawaniu smug.

Preparaty do udrażniania rur

Głównym składnikiem łatwo dostępnych 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.

Na rynku są także dostępne kwasowe preparaty do udrażniania rur, których głównym składnikiem jest stężony kwas siarkowy($\text{VI}$). Preparaty tego typu wykazują wysoką skuteczność w usuwaniu tłuszczy, odpadów celulozowych i białkowych oraz kamienia. Przy ich stosowaniu należy pamiętać o zachowaniu szczególnej ostrożności.

Metody czyszczenia metali

Polecenie 5

Czy wiesz, w jaki sposób skutecznie oczyścić metalowe przedmioty z pokrywającego ich nalotu? Zapoznaj się z informacjami zamieszczonymi w interaktywnej galerii, a następnie rozwiąż zadanie umieszczone poniżej.

Zdjęcia oglądaj za pomocą strzałek umieszczonych po prawej i lewej stronie.

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

RW50pDpTBqVWD

Na zdjęciu widoczne są metalowe przedmioty pokryte rdzą, takie jak nożyczki, koła zębate, śrubki, klucze hydrauliczne.

R1binaTvzivGk

Na zdjęciu po lewej stronie widoczne są srebrna łyżka i srebrny widelec pokryte są szaroczarnym nalotem, po prawej stronie zdjęcia znajdują się srebrny nóż oraz srebrna łyżeczka po oczyszczeniu, nie widać na nich ciemnego nalotu, błyszczą się.

R19h9y5LS1diS

Na zdjęciu widoczny jest fragment zdobionej mosiężnej lampy pokrytej zielonkawoniebieskim nalotem patyny. W tle za lampą widoczne są zabytkowe zabudowania pałacowe.

R1Hu8V1KyN1Cf

Zaznacz odpowiednie wyrażenia tak, aby otrzymać poprawne stwierdzenia. Przedmioty z żelaza i stali szlachetnej/nieszlachetnej można czyścić $10$—procentowymi roztworami kwasu chlorowodorowego/kwasu azotowego($\text{V}$) lub wodorotlenku sodu. Czarny nalot, który pojawia się na srebrnych przedmiotach, to siarczek srebra($\text{I}$)/patyna. Można go wyczyścić za pomocą gorącej wody z dodatkiem kwasu chlorowodorowego/octowego lub sody oczyszczonejamoniaku. Przedmioty wykonane z miedzi lub jej związków/stopów często pokrywa siarczek srebra($\text{I}$)/patyna. Jeżeli chcemy oczyścić z niej miedziane przedmioty, najlepiej użyć ciepłej wody z dodatkiem amoniaku/wodorotlenku sodu lub kwasu octowego i soli kuchennej/węglanu sodu.

Zaznacz odpowiednie wyrażenia tak, aby otrzymać poprawne stwierdzenia. Przedmioty z żelaza i stali szlachetnej/nieszlachetnej można czyścić $10$—procentowymi roztworami kwasu chlorowodorowego/kwasu azotowego($\text{V}$) lub wodorotlenku sodu. Czarny nalot, który pojawia się na srebrnych przedmiotach, to siarczek srebra($\text{I}$)/patyna. Można go wyczyścić za pomocą gorącej wody z dodatkiem kwasu chlorowodorowego/octowego lub sody oczyszczonejamoniaku. Przedmioty wykonane z miedzi lub jej związków/stopów często pokrywa siarczek srebra($\text{I}$)/patyna. Jeżeli chcemy oczyścić z niej miedziane przedmioty, najlepiej użyć ciepłej wody z dodatkiem amoniaku/wodorotlenku sodu lub kwasu octowego i soli kuchennej/węglanu sodu.

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.

3. Wpływ środków czyszczących na środowisko przyrodnicze

Detergenty oraz inne składniki środków piorących i czyszczących mogą mieć szkodliwe działanie na środowisko przyrodnicze. Szczególnie uciążliwe dla środowiska są dodawane do detergentów fosforany($\text{V}$), 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($\text{V}$), które pochodzą 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 tak zwanego zakwitu wód. Utrudnienie dostępu światła do niższych warstw wody powoduje zahamowanie wzrostu roślin żyjących w głębszych warstwach zbiornika. Proces obumierania i gnicia glonów z kolei sprawia, że zawartość tlenu w wodzie obniża się, co ostatecznie 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($\text{V}$), mające związki, które ulegają biodegradacji w oczyszczalniach ścieków. Kupując te preparaty możemy okazać swoją troskę o środowisko.

Polecenie 7

Zapoznaj się ze znajdującymi się w poniższej galerii informacjami dotyczącymi zjawiska eutrofizacji, a następnie rozwiąż zadanie umieszczone poniżej.

R10RLcz2Rsn1M

Zdjęcie przedstawia fragment akwenu, na którym widać wodę, roślinność wodną oraz unoszącą się na wodzie brązową pianę.

RdVTkU3cxkOGg

Zdjęcie przedstawia kanał biegnący wzdłuż drogi, nad którym znajdują się mostki. Powierzchnia wody jest gęsto pokryta żółtymi glonami. Brzegi kanału porośnięte są krzewami, a w oddali widoczne są dachy domów.

RH1tn53DXyMW7

Zdjęcie przedstawia fragment brzegu morskiego. W wodzie znajdują się skały porośnięte glonami. Na jednym z kamieni siedzi biała mewa.

R7uxNMPSeRLjd

Grafika przedstawia jezioro. Nad jeziorem widać niebieskie niebo pokryte niewielkimi chmurami. W oddali na wodzie unosi się żaglówka z białym żaglem. Po bokach jeziora widoczny jest zarys roślinności, lasów i roślinności wodnej.

Rdpgia23CYTO0

Spośród podanych stwierdzeń zaznacz te, które są prawidłowe. Możliwe odpowiedzi: 1. Fosfor dostaje się do morza wraz ze ściekami bytowo—gospodarczymi oraz zrzutami z oczyszczalni ścieków., 2. Morze Bałtyckie nie jest zagrożone procesami eutrofizacji., 3. Ścieki komunalne, z których zanieczyszczenia przedostają się do wód powierzchniowych, podnoszą żyzność jezior, dlatego nie stanowią zagrożenia dla ekosystemów wodnych., 4. Wraz ze ściekami do zbiorników wodnych przedostają się detergenty, które często powodują powstawanie piany na powierzchni wody., 5. Główną przyczyną eutrofizacji jest azot — pierwiastek biogenny., 6. Do tak zwanego zakwitu wód dochodzi w zbiornikach zagrożonych eutrofizacją.

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. Związki fosforu mogą być usuwane ze ścieków metodami strąceniowymi i biologicznymi. Do strącania fosforanów używa się np. siarczanów($\text{VI}$) glinu i żelaza. Np.:

Metody biologiczne polegają na wykorzystaniu bakterii, które w warunkach tlenowych pobierają związki fosforu 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 efektywnego usuwania związków fosforu metodą biologiczną jest poddawanie osadu czynnego działaniu zmiennych warunków środowiska: na przemian warunków tlenowych i beztlenowych.

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 ten pierwiastek 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, która zawiera bakterie, jednocześnie usuwa się zgromadzony w ich komórkach fosfor. W ten sposób obniża się jego ilość w ściekach.

RYLz3C1M7blAk

Zdjęcie przedstawia fragment oczyszczalni ścieków, w którym znajdują się bioreaktory — zbiorniki otoczone barierkami, w których zachodzą procesy odczyszczania ścieków. Biologiczne oczyszczanie jest najpopularniejszym sposobem usuwania fosforu ze ścieków przed ich odprowadzaniem do rzek.

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.

Słownik

Ćwiczenia

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Jones L., Atkins P., Chemia ogólna - cząsteczki, materia, Warszawa 2009.

Mackenzie A., Ball A. S., Virdee S. R., Ekologia. Krótkie wykłady, Warszawa 2015.

Vollhardt P., Schore N., Organic Chemistry. Structure and Function, 6th Edition, New York 2010.