ИССЛЕДОВАНИЕ МОЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОГО МЫЛА

I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

ИССЛЕДОВАНИЕ МОЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОГО МЫЛА

Соловьева Диана Эдуардовна 1
1
Волкова Л.А. 1
1
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение ……………………………………………………………...3

Глава1 Теоретическая часть……………………………….................4

§1. История возникновения мыла……………………………….…...4

§2. Состав современных моющих средств…………….…………….4

§3. Свойства жидкости………………………………………………...6

§4. Поверхностное натяжение…………………………………………7

§5. Механизм действия моющих средств…………………................8

Глава 2. Практическая часть…………………………………………..9

§1. Методика эксперимента…………………………………………..9

§2. Порядок выполнения эксперимента……………………………..9

§3. Результаты эксперимента…………………………………………10

Заключение…………………………………………………………….14

Список литературы……………………………………………………16

Приложение 1. Строение жидкости: 1 –вода, 2- лед………………..17

Приложение 2. Поверхностное натяжение…………………………..17

Приложение 3. Схематическое изображение молекулы мыла……..17

Приложение 4. Механизм работы моющих средств…………………18

Приложение 5.Метод отрыва капель………………………………….18

Приложение 6. Экспериментальная установка……………………….19

Приложение 7. Определение наличия щелочи в мыльном растворе..19

Приложение 8. Обогащение хозяйственного мыла…………………...20

ВВЕДЕНИЕ

Технический прогресс не стоит на месте. С развитием промышленности связано развитие и социальной сферы. Человек всегда пытается облегчить свою жизнь. Современный быт немыслим без моющих и чистящих средств. Наше утро начинается с зубной пасты, в течение дня мы моем руки, посуду, стираем вещи. Прилавки магазинов пестрят яркими упаковками стиральных порошков: «Tide», «Bimax», «Sarma». C экранов телевизора мы слышим громкие солганы: « Моет идеально, экономит оптимально!», «Ни следа от пятен!» Но, не смотря на это, и в наш 21 век — век космических технологий, традиционное хозяйственное мыло находит своих покупателей. И это не случайно, все дело в том, что это мыло обладает уникальнейшими свойствами, которые не присущи другим видам моющих средств.

Актуальность - часто следуя рекламе, мы забываем о проверенных временем простых моющих средствах.

Гипотеза – хозяйственное мыло по своим моющим характеристикам не уступает популярным стиральным порошкам.

Предмет исследования - мыльные растворы моющих средств.

Объект исследования – коэффициент поверхностного натяжения мыльных растворов.

Цель исследования – сравнение физико-химических характеристик хозяйственного мыла и популярных стиральных порошков.

Перед исследованием были поставлены следующие задачи:

  1. Обработать литературу по данной теме.

  2. Собрать установку для вычисления искомой величины.

  3. Провести серию экспериментов, в ходе которых измерить коэффициент поверхностного натяжения растворов моющих средств.

  4. Качественно определить щелочность мыльного раствора.

  5. Изготовить мыло в домашних условиях.

ГЛАВА 1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

§1. История возникновения мыла

Одна из легенд гласит, что само слово soap (мыло) произошло от названия горы Сапо в древнем Риме, где совершались жертвоприношения богам. Смесь из растопленного животного жира и древесной золы жертвенного костра смывало дождем в глинистый грунт берега реки Тибр. Женщины, стиравшие там белье, обратили внимание, что благодаря этой смеси одежда отстирывается лучше. Люди постепенно стали использовать "дар богов" не только для стирки одежды, но и для мытья тела.

Мыло не сразу стало предметом гигиены. Вплоть до XIII века оно стояло в одном ряду с медицинскими средствами и лекарствами. Не была чистота в чести и в средние века. Мылом пользовались только представители первых двух сословий - дворяне и священники, да и то не все поголовно. Окончательно моду на чистоту привили средневековой Европе рыцари, побывавшие во время крестовых походов в арабских странах. Вероятно, арабы в VII в. н.э. узнали способ изготовления твердого мыла. От арабов искусство мыловарения проникло в Испанию. Здесь научились делать твердое красивое мыло из оливкового масла и золы морских растений.

С XIII в. начинается расцвет мыловарения во Франции и Англии.

На Руси мастера-мыловары появились только в XV в. Промышленное производство мыла было налажено при Петре I, но вплоть до середины XIX в. им пользовалась только знать. Крестьяне же стирали и мылись щелоком - смесью получаемой из древесной золы, залитой кипятком и распаренной в печи. Главным центром мыловарения был город Шуя, на его гербе даже изображен кусок мыла.

§ 2. Состав современных моющих средств.

В химическом отношении основным компонентом твёрдого мыла являются смесь растворимых солей высших жирных кислот. Обычно это натриевые, реже — калиевые и аммониевые соли .

Твердые хозяйственные мыла в зависимости от сорта содержат 40-72% основного вещества, 0,1-0,2% свободной щелочи, 1-2% свободных карбонатов Na или К, 0,5-1,5% нерастворимого в воде остатка. В нем много щелочей, быстро и качественно растворяющих грязь и к тому же обладающих противомикробным действием.

Один из вариантов химического состава твёрдого мыла — C17H35COONa (жидкого — C17H35COOK).

Дополнительно в составе мыла могут быть и другие вещества, обладающие моющим действием, а также ароматизаторы и красители и порошки.

§3. Свойства жидкости.

Жидкость занимает промежуточное положение по свойствам между газами и твердыми телами.

Плотность жидкости близка к плотности твердого тела и намного превышает плотность газа. Это говорит о том, что молекулы жидкости почти вплотную расположены друг к другу. Согласно рентгенографическим исследованиям в жидкостях наблюдается некоторая закономерность в расположении соседних молекул. Но этот порядок соблюдается лишь на небольшом расстоянии (2-3 молекулярных слоя), за пределами которого упорядоченность «размывается». Такое расположение молекул называют ближним порядком.

Текучесть жидкости свидетельствует о том, что молекулы могут сравнительно легко перемещаться друг относительно друга. Сохранение объема жидкости говорит о значительных силах взаимодействия между молекулами.

Одна из моделей поведения молекул в жидкости, предложенная Я.И.Френкелем выглядит так. Каждая молекула в течение некоторого времени колеблется около положения равновесия. При этом силы взаимодействия молекулы с соседними уравновешивают друг друга. Затем молекула меняет свое местоположение, скачком перемещаясь в новое положение равновесия. Таким образом, молекула медленно перемещается внутри жидкости, странствуя по ее объему. Это представление о структуре жидкости позволяют объяснить ее основное свойство – текучесть. Если на жидкость не действуют внешние силы, то перескоки молекул из одного оседлого положения в другое происходят по всем направлениям одинаково. Под действием внешней силы перескоки молекул осуществляются преимущественно в направлении действия силы.

§4. Поверхностное натяжение.

Поверхностный слой жидкости находится в особых условиях. Рассмотрим две молекулы - одна молекула находится на поверхности жидкости, другая – внутри нее. Молекула, находящаяся внутри жидкости, со всех сторон окружена соседними молекулами, которые «тянут» ее во все стороны одинаково, и равнодействующая сил взаимодействия равна нулю (Приложение 2). Молекула, находящаяся на поверхности, соседей сверху почти не имеет (плотность пара намного меньше плотности жидкости). Поэтому молекула испытывает преимущественное притяжение со стороны молекул, находящихся внутри жидкости. Равнодействующая сил, действующих на молекулу, расположенную вблизи поверхности жидкости, направлена внутрь жидкости. Под действием этой силы молекулы стремятся уйти внутрь жидкости с ее поверхности. Внешнее проявление этой силы заключается в возникновении сил, стремящихся сократить свободную поверхность жидкости. Наименьшую поверхность в заданном объеме имеет сфера. Этим объясняется шарообразная форма маленьких капель.

Физическую величину, равную отношению силы, с которой поверхностный слой жидкости действует на ограничивающий его контур, к длине этого контура, называют поверхностным натяжением.:

Единица его измерения в системе СИ: 1Н/м=1 Дж/м2.

Поверхностное натяжение разных жидкостей неодинаковое. Мыло, стиральные порошки уменьшают поверхностное натяжение воды, увеличивая ее проникающую способность. Поэтому мыльная вода пропитывает и очищает ткани и другие материалы лучше, чем чистая.

Поверхностное натяжение жидкости зависит от температуры: с повышением температуры оно уменьшается.

§5. Механизм действия моющих средств.

Современное теоретическое представление о механизме моющего действия разработано академиком П. А. Ребиндером.

Как у всех солей, у мыла полярные молекулы, но за счет своей сложной органики они очень длинные. В водном растворе молекула мыла распадается на положительный и отрицательный ионы ( Приложение 3). За счет большой длины молекулы один конец отрицательного иона , где “сидит” заряд, является гидрофильным (взаимодействует с водой), а другой конец – нейтральным, т.е. гидрофобным (не взаимодействует с водой).

Гидрофобная часть молекулы мыла проникает в гидрофобное загрязняющее вещество (жир), в результате чего поверхность каждой частицы или капельки загрязнения оказывается окруженной оболочкой из гидрофильных групп( Приложение 4). Гидрофильные группы взаимодействуют с полярными молекулами воды. Благодаря этому молекулы моющего средства вместе с загрязнением отрываются от поверхности ткани и уходят в водную среду.

ГЛАВА 2 ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

§1. Методика эксперимента

В настоящей работе коэффициент поверхностного натяжения σ определяется методом отрыва капель. Жидкость, вытекающая из узкой трубки, образует у нижнего отверстия каплю, которая перед отрывом принимает грушевидную форму. Отрыв капли происходит в тот момент, когда сила тяжести, действующая на каплю, сравняется с силой поверхностного натяжения Fн, действующей по окружности в более узкой части капли (Приложение 5). Коэффициент поверхностного натяжения определяется из условия равновесия: mg = σπd (1)

где d – диаметр шейки капли, приблизительно равный диаметру трубочки, из которой вытекает жидкость.

Отсюда получаем выражение для вычисления коэффициента поверхностного натяжения: σ = .

§2. Порядок выполнения эксперимента.

Для проведения эксперимента была собрана установка, представленная в Приложении 6.

Этапы эксперимента.

1.Измерила диаметр канала узкого конца бюретки с помощью штангенциркуля.2.Определила массу пустого сосуда для сбора капель, взвесив его.3. Плавно открывая кран, добилась медленного отрывания капель (10 – 15 капель в минуту). Тогда можно считать, что отрывание капель происходит только под действием силы тяжести.4.Под бюретку с отрегулированными каплями подставила взвешенный сосуд и отсчитала 100 (50) капель.5.Измерив массу сосуда с каплями, определила массу капель. Измерение массы капли проводилось три раза. 6.Результаты измерений и вычислений записала в таблицу.

7.Вычислила поверхностное натяжение по формуле:   8.Опыт повторила с различными видами моющих средств.

§3. Результаты эксперимента

Постоянные величины

Величина.

Значение.

t

22С

m стакана

7кг.

d

2,5м.

g

9,8м/

π

3,14

Опыт№1 «Определение коэффициента поверхностного натяжения чистой воды»

m жидкости в стакане. (г.)

m жидкости (г.)

 

m капли (г.)

mср. Капли (г.)

mср. капли (кг.)

11,91

4,91

100

0,0491

4,86 ·10-2

4,86·10-5

11,84

4,84

100

0,0484

11,84

4,84

100

0,0484

σ1==6,1=61Н/м.

Опыт№2 «Определение коэффициента поверхностного натяжения

мыльного раствора («Хозяйственное мыло») »

m жидкости в стакане. (г.)

m жидкости (г.)

 

m капли (г.)

mср. Капли (г.)

mср. капли (кг.)

7,95

0,95

50

0,019

2,17·10-2

2,17·10-5

8,14

1,14

50

0,023

8,14

1,14

50

0,023

σ2==2,7=27Н/м.

Опыт№3 «Определение коэффициента поверхностного натяжения

мыльного раствора (порошок «Sarma») »

масса жидкости в стакане. (г.)

m жидкости (г.)

 

Масса капли (г.)

m Капли (г.)

mср. капли (кг.)

8,11

1,11

50

0,0222

2,1·10-2

2,1·10-5

7,82

0,82

50

0,0168

8,20

1,20

50

0,0240

σ3==2,6=26Н/м.

Опыт№4 «Определение коэффициента поверхностного натяжения

мыльного раствора (порошок «Tide») »

m жидкости в стакане. (г.)

m жидкости (г.)

 

m капли (г.)

mср. капли (г.)

mср. капли (кг.)

7,86

0,86

50

0,0172

1,94·10-2

1,94·10-5

7,95

0,95

50

0,0190

8,10

1,10

50

0,0220

σ4==2,4=24Н/м.

Опыт№5 «Определение коэффициента поверхностного натяжения

мыльного раствора (порошок «BiMax»)»

m жидкости в стакане. (г.)

m жидкости (г.)

 

m капли (г.)

mср. Капли (г.)

mср. капли (кг.)

8,11

1,11

50

0,0222

2,15·10-2

2,15·10-5

8,00

1,00

50

0,0200

8,13

1,13

50

0,0226

σ5==2,7=27Н/м.

Опыт№6 «Определение коэффициента поверхностного натяжения

мыльного раствора (порошок «Актив») »

m жидкости в стакане. (г.)

m жидкости (г.)

 

m капли (г.)

mср. Капли (г.)

mср. капли (кг.)

8,14

1,14

50

0,0228

2,53·10-2

2,53·10-5

7,15

0,15

50

0,0230

8,50

1,50

50

0,0300

σ6==3,2=32Н/м.

Опыт №7. Определение наличия щелочи в растворе.

Для определения наличия щелочи в среде в исследуемые мыльные растворы с одинаковой массовой долей моющего вещества (0,2 г средства на 5 г воды) было введено равное количество капель фенолфталеина. По интенсивности окраски можно судить о количественном содержании щелочи. Визуальное оценивание показало, что количество щелочи в изучаемых образцах примерно одинаково.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  1. В ходе эксперимента были измерены коэффициенты поверхностного натяжения чистой воды и мыльных растворов.

  2. Опыт показал, что коэффициент поверхностного натяжения мыльного раствора в 2,3-2,5 раза меньше коэффициента поверхностного натяжения чистой воды. А это значит, что моющие средства снижают поверхностное натяжение и увеличивают проникающую способность жидкости.

  3. Коэффициенты поверхностного натяжения хозяйственного мыла (σ =27Н/м) сравним с аналогичными показателями современных стиральных порошков (порошок «Sarma» - σ =26Н/м; порошок «Tide»- σ =24Н/м; порошок «BiMax»- σ =27Н/м; порошок «Актив»- σ =32Н/м ). Отсюда можно сделать вывод, что хозяйственное мыло по проникающей способности не хуже современных средств, а некоторые из них («Актив») даже превосходит.

  4. Наличие щелочи в среде было определено с помощью индикатора фенолфталеина. По интенсивности окраски раствора можно судить о количественном содержании щелочи в нем. Визуальное оценивание показало, что количество щелочи в изучаемых образцах примерно одинаково. Поэтому и по своим химическим свойствам хозяйственное мыло сравнимо с современными стиральными порошками.

  5. Изучив литературу по данной теме, был сделан вывод, что хозяйственное мыло по некоторым показателям (безопасность, гипоаллергенность, антибактериальные свойства, лечебный эффект) превосходит своих современных конкурентов.

  6. Вместе с огромным количеством плюсов, у хозяйственного мыла есть несколько минусов, которые сдерживают его популярность. Например, стойкий неприятный запах и невзрачный внешний вид. Эти недостатки можно устранить даже в домашних условиях, обогатив мыло специальными добавками. Один из таких способов представлен в Приложении 7.

Библиографический список

1. Габриелян О.С, Остроумова И.Г. Химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений / О.С.Габриелян О.С, Остроумова И.Г. М.: Дрофа, 2005г.

2. Тихомирова С.А. Физика. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений (базовый уровень) /Тихомирова С.А., Яворский Б.М. – 4-е изд., испр. – М.: Мнемозина, 2011.

3. История возникновения мыла. http://www.treeland.ru/article/eko/soap.htm

4. Обогащенное хозяйственное мыло для взрослых и детей. http://vsezdorovo.com/2010/12/economic-soap/

5. Хозяйственное мыло. http://www.treeland.ru/article/eko/soaphome/hozyai.htm

6. ЦОР «Открытая Химия 2,6»

Приложение 1.

Строение жидкости: 1 –вода, 2- лед.

Приложение 2.

Поверхностное натяжение.

Приложение 3.

Схематическое изображение молекулы мыла.

Приложение 4

Механизм работы моющих средств

Приложение 5

Метод отрыва капель.

Приложение 6.

Экспериментальная установка.

Приложение 7

Определение наличия щелочи в мыльном растворе.

Приложение 8.

Обогащение хозяйственного мыла.

20

Просмотров работы: 1669