Dlaczego wynaleziono mydło?

Pewna legenda głosi, że mydło wywodzi się ze starożytnego Rzymu. Wówczas ludzie składali ofiary ze zwierząt, wytopiony w ten sposób tłuszcz zostawał zmieszany z popiołem i trafiał do pobliskiej rzeki. W tej oto rzece kobiety czyściły ubrania, a powstająca wówczas piana sprawiała, że proces ten był dla nich łatwiejszy. Jednak to tylko legenda, dowody naukowe potwierdzają natomiast, że pierwszy produkt podobny do mydła datuje się na 2800 lat p.n.e i tę zasługę przypisuje się Babilończykom. Kolejne przykłady stosowania w historii takowych specyfików odbywały się w przeróżnych zakątkach starożytnego Świata m.in. w Egipcie, Imperium Rzymskim, starożytnym Izraelu, na Bliskim Wschodzie oraz starożytnych Chinach. Jednak wówczas nie było one stosowane do utrzymania higieny tak jak obecnie, a raczej do czyszczenia wełny, bawełny i jako lek na choroby skórne. Z czasem, pionierzy zaczęli wytwarzać mydło poprzez gotowanie tłuszczów zwierzęcych z silnie zasadowym roztworem (ługiem sodowym, węglanem potasu) i w ten sposób otrzymywali mydło. Sukces tkwił w tym, że tłuszcze zwierzęce zawierają wyższe kwasy tłuszczowe, które poddane działaniu zasady prowadzą do otrzymania glicerolu i soli kwasów tłuszczowych (palmitynowego, oleinowego i stearynowego). Powyższy proces dziś nazywany jest zmydlaniem tłuszczy, a otrzymane sole to nic innego jak mydła. Najpopularniejszym przykładem mydła jest stearynian sodu (${\text{C}}_{17}{\text{H}}_{35}{\text{CO}}_2\text{Na}$).

Mydła, które dzięki zdolnościom do pienienia się znalazły zastosowanie w usuwaniu brudu jako środki myjące i piorące to sole rozpuszczalne w wodzie. Są to sole sodowe lub potasowe wyższych kwasów tłuszczowych wśród których najczęściej stosuje się:

• kwas palmitynowy (${\text{C}}_{15}{\text{H}}_{31}\text{COOH}$);

• stearynowy (${\text{C}}_{17}{\text{H}}_{35}\text{COOH}$);

• oleinowy (${\text{C}}_{17}{\text{H}}_{33}\text{COOH}$).

Ze względu na to, jaka sól tworzy dane mydło, wyróżnia się mydła twarde (sole sodowe) oraz mydła miękkie (sole potasowe).

Otrzymywanie mydła

Mydła można otrzymać na dwa sposoby - poprzez zmydlanie tłuszczów i ogrzewanie lub stapianie wyższych kwasów karboksylowych z wodorotlenkami litowców.

Zmydlanie tłuszczów jest to standardowa metoda otrzymywania mydeł w procesach przemysłowych. Wykorzystuje się do tego celu tłuszcze zwierzęce lub oleje roślinne oraz wodorotlenki (sodu lub potasu). Wszystkie składniki poddane są długiemu procesowi gotowania, w którego trakcie dodaje się $\text{NaCl}$, który pozwala doprowadzić mydło do postaci żelu. Tak powstały produkt (mydło) jest kondycjonowany, w trakcie czego usuwane są z niego nieprzereagowane składniki oraz dodaje się do niego kompozycje zapachowe i barwniki. Produktem ubocznym tego procesu jest glicerol, który dodatkowo nawilża skórę i chroni przed wysychaniem. Aby otrzymać transparentne mydła, do mieszaniny reakcyjnej dodaje się glicerol i cukier.

R183h1p8Z3u5T

Schemat reakcji zmydlania tłuszczów. W postaci ogólnej jest on następujący. Tłuszcz dodać zasada strzałka w prawo, nad strzałką zapis temperatura, za strzałką glicerol dodać mydło. Schemat ogólny z wykorzytaniem wzorów półstrukturalnych. N cząsteczek tłuszczu zbudowanych następująco. Grupa ${\text{CH}}_2$ łączy się z grupą $\text{CH}$, ta zaś z kolejną grupą ${\text{CH}}_2$. Każda ze wspomnianych trzech grup podstawiona jest atomem tlenu, który związany jest z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego, w przypadku pierwszej reszty kwasowej z grupą ${\text{R}}_1$, w przypadku drugiej z grupą ${\text{R}}_2$, zaś w przypadku trzeciej z grupą ${\text{R}}_3$. Dodać trzy cząsteczki wodorotlenku metalu o wzorze ogólnym $\text{Me}{\left(\text{OH}\right)}_{\text{n}}$. Strzałka w prawo, nad strzałką zapis temperatura. Za strzałką cząsteczka glicerolu, to jest propan-$1$,$2$,$3$-triolu zbudowanego z grupy ${\text{CH}}_2$ połączonej z grupą $\text{CH}$, która to związana jest z kolejną grupą ${\text{CH}}_2$. Każda ze wspomnianych trzech grup podstawiona jest grupą hydroksylową $\text{OH}$. Dodać trzy cząsteczki soli odpowiednich kwasów. Pierwszy zbudowany jest z grupy ${\text{R}}_1$ związanej z atomem węgla połączonym za pomocą wiązania podwójnego z atomem tlenu oraz za pomocą wiązania pojedynczego z atomem tlenu. Ten fragment wzoru znajduje się w nawiasie kwadratowym, względem którego w indeksie dolnym znajduje się litera n, za nawiasem atom tlenu łączy się z atomem $\text{Me}$. Pozostałe sole, to jest otrzymane cząsteczki mydeł zbudowane są analogicznie, jedenak posiadają w swej strukturze odpowiednio grupy ${\text{R}}_2$ oraz ${\text{R}}_3$.

R1NQwT6sgCR0Q

Na ilustracji jest równanie reakcji: jedna cząsteczka tristearynianu gliceryny dodać trzy cząsteczki wodorotlenku sodu daje trzy cząsteczki stearynianu sodu dodać jedna cząsteczka glicerolu (gliceryny).

Zapis skrócony:

${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_5({\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COO}{)}_3 + 3 \mathrm{NaOH} \to 3 {\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COONa} + {\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_5(\mathrm{OH}{)}_3$

Laboratoryjną metodą otrzymywania mydeł jest ogrzewanie wyższego kwasu karboksylowego z wodorotlenkiem sodu lub potasu (lub ich roztworami wodnymi). Do takiego mydła również można zastosować kompozycje zapachowe i barwniki.

$\underset{\mathrm{kwas} \mathrm{stearynowy}}{{\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COOH} }+\underset{\mathrm{wodorotlenek} \mathrm{sodu}}{\mathrm{NaOH}}\stackrel{\mathrm{ogrzewanie}}{\to } \underset{\mathrm{sterynian} \mathrm{sodu}}{{\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COONa} }+ \underset{\mathrm{woda}}{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}$

Analogiczna reakcja z wykorzystaniem wodorotlenku potasu:

${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COOH} + \mathrm{KOH} \stackrel{\mathrm{ogrzewanie}}{\to } {\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COOK} + {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

Amfifilowość mydeł

Mydła to substancje powierzchniowo czynne, które zbudowane są z części hydrofilowej tzw. „głowy” i części hydrofobowej tzw. „ogona”. Ze względu na swoją amififilową budowę mają zdolność do modyfikowania napięcia powierzchniowego na granicy faz układu cieczy, zmieniając tym samym jej energię swobodną.