Большая стирка

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

Большая стирка

Никитин Н.А. 1
1ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ «ШКОЛА № 2089»
Заев Д.А. 1
1ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ «ШКОЛА № 2089»
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Abstract

Research goal: study the chemical composition and compare synthetic detergents that do not contain, or almost do not contain, phosphates, on washing ability, containing "Active oxygen".

Project tasks:

1) To study the washing ability of modern washing powders containing active oxygen. 2) Quantitatively determine the content of active oxygen in powdered synthetic detergents.

3) Compare the effectiveness of their effects on stains from ketchup, coffee, oil, jam, soy sauce, etc. and determine the most effective SMS containing active oxygen.

Hypothesis: Washing powders containing phosphates are bad, you need to replace them.

Object of research: steel 3 powdered SMS with the function "Active oxygen", intended for washing clothes (excluding wool and silk) in automatic washing machines that have been produced in different countries.

Subject of research: synthetic detergents.

Research methods: qualitative analysis and quantitative analysis.

Research problem: is the lack of information to the public about the quality of washing powders by the Central Research Institute of Consumer Services and oversaturation of advertising detergents from major manufacturers of household chemicals. Is it always the myths about the creation of a special miracle by manufacturers - a formula that allows you to achieve perfect results of washing is a reality?

Введение

В настоящее время химическая индустрия предлагает широкий спектр синтетических моющих средств (СМС), различающихся между собой по назначению, составу, агрегатному состоянию, свойствам, цене и другим немаловажным признакам. Для потребителя наиболее важным показателем качества СМС является его моющая способность. Однако, следует учитывать, что стиральные порошки могут оказывать негативное влияние на работоспособность стиральных машин, износостойкость изделий, экологию окружающей среды и вызвать аллергические реакции у пользователей.

Выбрать наиболее оптимальный вариант стирального порошка рядовому потребителю достаточно сложно. Немаловажный фактор в этом влияет реклама, которая активно используется компаниями – производителями для привлечения внимания покупателей и увеличения количества продаж. Очень часто в средствах массовой информации можно услышать маркетинговый слоган: Отбеливатель с функцией «Активный кислород». Лишь в процессе длительного эмпирического познания покупатель выбирает то или иное средство, основываясь в основном на субъективной оценке эффективности его моющей способности и отсутствия аллергической реакции со стороны кожных покровов и дыхательных органов, не задумываясь о вреде, наносимом окружающей среде при накоплении СМС в водоемах и почвах.

Исследовательская работа была выполнена на базе ГБОУ Школа № 2089 и в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Российский университет дружбы народов».

Проблема заключается в недостаточном информировании населения о качестве стиральных порошков центральным научно-исследовательским институтом бытового обслуживания и перенасыщенностью рекламы моющих средств от крупнейших производителей бытовой химии. Всегда ли мифы о создании производителями особой чудо - формулы, которая позволяет добиться безупречных результатов стирки является реальностью?

Актуальность исследования заключается в том, что разнообразие стиральных порошков, продающихся сейчас в магазинах, а также массированная реклама этих товаров по TV, СМИ, Интернете ставят в тупик рядового потребителя. К тому же разрекламированные порошки содержат в своём составе фосфаты, которые пагубно влияют на экосистему, провоцируя ими процесс эвтрофикации водоёмов (т.е. «цветения» воды), что в свою очередь приводит к уменьшению количества кислорода в воде, гибели рыбы, усилению образования ила и т.д. Также, фосфаты позволяют поверхностно-активным веществам лучше проникать ткань и задерживаться в ней, провоцируя впоследствии аллергию и раздражение кожи при соприкосновении с этой тканью. Поэтому, целесообразно было бы отказаться от таких порошков и найти им замену.

В нашей работе мы изучали химический состав и сравнили синтетические моющие средства, которые не содержат, или почти не содержат, фосфаты, на моющую способность, содержащие «Активный кислород».

Цель работы:

Изучить моющую способность современных стиральных порошков, содержащих активный кислород.

Количественно определить содержания активного кислорода в порошкообразных синтетических моющих средствах.

Сравнить эффективность их воздействия на пятна от кетчупа, кофе, масла, варенья, соевого соуса, т.п. и определить наиболее эффективное СМС содержащих активный кислород.

Объектами исследования стали 3 порошкообразных СМС с функцией «Активный кислород», предназначенные для стирки белья (исключая шерстяное и шелковое) в автоматических стиральных машинах, которые были произведены в разных странах.

СМС №1

СМС №2

СМС №3

Литературный обзор

Состав порошков

А теперь давайте разберемся, какие компоненты входят в состав порошков, а также какова роль каждого из них в удалении того или иного загрязнения [1-2].

ПАВ

Удаление общего пигментно-масляного загрязнения обеспечивают ПАВ (поверхностно-активные вещества), благодаря которым происходит смачивание ткани моющим раствором, они также ослабляют связь загрязнений с тканью, стабилизируют удаленные загрязнения в растворе. "Удерживают" загрязнения в растворе антиресорбенты, препятствуя их повторному осаждению на ткань.

Действие ПАВ усиливают комплексообразователи, которые еще и устраняют жесткость воды, смягчают ткани после стирки. Нельзя не упомянуть и о щелочах (сода, карбонат натрия и т.д.), которые поднимают уровень pH, усиливая эффективность воздействия ПАВ на жировые пятна.

Если попытаться дать определение, то мытьем можно назвать очистку загрязненной поверхности жидкостью, содержащей моющее вещество или систему моющих веществ. В качестве жидкости в быту используют главным образом воду. Хорошая моющая система должна выполнять двойную функцию: удалять загрязнение с очищаемой поверхности и переводить его в водный раствор. Значит, моющее средство также должно обладать двойной функцией: способностью взаимодействовать с загрязняющим веществом и переводить его в воду или водный раствор. Следовательно, молекула моющего вещества должна иметь гидрофобную и гидрофильную части. Фобос – по-гречески означает страх, боязнь. Значит, гидрофобность означает боящийся, избегающий воду. Филео – по-гречески – люблю, а гидрофильность – любящий, удерживающий воду. Гидрофобная часть молекулы моющего вещества обладает способностью взаимодействовать с поверхностью гидрофобного загрязняющего вещества. Гидрофильная часть моющего вещества взаимодействует с водой, проникает в воду и увлекает с собой частицу загрязняющего вещества, присоединенную к гидрофобному концу.

Таким образом, моющие вещества должны обладать способностью адсорбироваться на пограничной поверхности, т.е. обладать поверхностной активностью. Их называют поверхностно-активными веществами (ПАВ).

Соли тяжелых карбоновых кислот, например CH3(CH2)14COONa, являются типичными поверхностно-активными веществами. Они содержат гидрофильную часть (в данном случае – карбоксильную группу) и гидрофобную часть (углеводородный радикал).

Животные жиры – древнее и весьма ценное сырье мыловаренной промышленности. Они содержат до 40% (насыщенных) жирных кислот. Искусственные, т.е. синтетические, жирные кислоты получают из парафина нефти каталитическим окислением кислородом воздуха. В упрощенном виде реакцию можно описать следующим уравнением:

CH3(CH2)mCH2  CH2(CH2)nCH3 + 2,5O2

CH3(CH2)mCOOH + CH3(CH2)nCOOH + H2О

Вообще говоря, для стирки можно использовать разные средства: в каких-то случаях подойдет и мыло, и сода, и стиральный порошок (а в полном отрыве от цивилизации можно попробовать стирку с древесной золой, которая , как известно, подщелачивает воду). Главное, чтобы выбранное моющее средство более или менее успешно выполняло две функции:

удаление частиц грязи с очищаемой поверхности

перенос их в раствор.

Для этого мыло или стиральный порошок должны содержать в своем составе моющие вещества с молекулами-"смывателями", имеющими гидрофобную ("водоотталкивающую") и гидрофильную ("водолюбивую") части. Первая будет взаимодействовать с поверхностью загрязненной ткани, а вторая - с водой; частицы грязи перейдут в водный раствор вместе с моющими веществами. Такие вещества и получили название поверхностно-активных (ПАВ). Типичные и самые распространенные ПАВ (это соли карбоновых кислот. Такие соли с общей формулой CH3(CH2)nCOONa содержат гидрофильную (карбоксильную группу COO--) и гидрофобную (углеводородный радикал СH3(CH2)n-) части. Тем, кто забыл школьную химию, напомним, что карбоновые кислоты состава CH3(CH2)nCOOH входят, например, в состав животных и растительных жиров. Химики называют мылами соли высших жирных кислот, включающие ионы щелочных металлов - прежде всего, стеарат, пальмитат и олеат натрия, т. е. натриевые соли стеариновой, пальмитиновой и олеиновой кислот.

Эти жирные кислоты широко распространены в природе. Они являются главной составной частью многих жиров растительного и животного происхождения. Однако в жирах они содержатся не в свободном состоянии, а в виде сложных эфиров с трехатомным спиртом - пропантриолом, который обычно называют глицерином. Вообще жиры представляют собой сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Их строение отражается приведенной ниже формулой. Очень давно люди научились расщеплять жиры путем кипячения с растворами щелочей. Этот процесс осуществляется по следующему уравнению:

Рис.1. Химизм взаимодействия жира со щелочью

Способы изготовления самого распространенного ПАВ – мыла были известны уже в глубокой древности и описаны в "Естественной истории" Плиния Старшего (23–79 гг. н. э., Рим), включая даже различия в получении твердого мыла (использовалась сода - карбонат натрия, и мыло содержало катионы натрия) и жидкого мыла (вместо соды применяли поташ - карбонат калия). Источником жирных кислот служили сало и растительное масло. Особенно славилось, начиная с IX и вплоть до начала XX века, марсельское мыло на основе оливкового масла.

Сейчас для производства мыла используют не только растительные и животные жиры, но и синтетические жирные кислоты, получаемые из продуктов переработки нефти, а также канифоль (смесь смоляных кислот из сока хвойных деревьев -- "живицы"). Высшие сорта мыла варят на природном сырье -- кокосовом и пальмовом масле. В хозяйственное мыло, как правило, вводят наполнители -- соли, которые в воде подвергаются гидролизу и создают щелочную среду (например, карбонат натрия, тетраборат натрия -- бура, метасиликат натрия, триполифосфат натрия). Другой тип наполнителей помогает пенообразованию – это клеи и крахмал.

Мытье и стирка - сложные физико-химические процессы.

Действие моющих веществ направлено на то, чтобы обеспечить как можно более полное удаление загрязнений, например жира, с поверхности раздела между тканью и моющей жидкостью. Эффективность моющего средства зависит от нескольких факторов.

Во-первых, существенную роль играет способность переносить грязевые частицы, которая, в основном, определяется поверхностными явлениями, связанными с электростатическим взаимодействием между частицами загрязнений и образуемой пеной.

Во-вторых, имеет значение и эмульгирующая способность, то есть способность дробить загрязнения, например, капельки жира, на мельчайшие частицы, равномерно распределенные в воде. Это свойство моющего средства тоже обусловлено поверхностными явлениями, преимущественно электростатической природы.

Наконец, особенно важна способность моющей жидкости к смачиванию ткани, потому что для удаления загрязнений жидкость должна проникать в мельчайшие зазоры между загрязнениями и поверхностью ткани.

Рис.2. Принцип действия ПАВ

Так, щелочная реакция обычных мыл вредна для волокон, состоящих преимущественно из белков (например, для шерсти). Кроме того, эти мыла плохо моют в жесткой воде, содержащей растворенные соли щелочноземельных металлов. В этих условиях они образуют нерастворимые, так называемые известковые мыла, которые не только препятствуют стирке, но и оседают на тканях нерастворимым слоем.

В этом отношении и по некоторым другим свойствам преимуществами по сравнению с мылами обладают новые синтетические моющие средства. Многие из них представляют собой смеси солей органических сульфокислот с конденсированными фосфатами, а также полиборатами.

Мыльные пузыри сохраняются достаточно долго, если нет испарения. Происходит это потому, что молекулы мыла, гидрофильными (имеющими сродство к воде) концами направлены внутрь, а гидрофобными (инертными) наружу, создавая нейтральную оболочку. Эта оболочка ограждает воду и мешает испарению. Пузыри, сохраняемые в очень влажном воздухе, чтобы исключить испарение, существуют ещё дольше, рекордный срок их жизни- несколько месяцев [3]. Раствор для мыльных пузырей приготовим из жидкого мыла, которое смешаем с холодной дистиллированной водой и куда через несколько часов добавим несколько капель пропантриола (глицерина) [4].

Обобщая вышесказанное, обращаю Ваше внимание на рецептуру приготовления, ибо она имеет первостепенное значение.

Вода должна быть дистиллированная.

Мыло должно быть калийное, оно же жидкое, оно же шампунь.

Глицерин добавлять через несколько часов.

Влажность в помещении, где пускаются пузыри должна быть высокая (чем больше, тем дольше срок жизни пузырей).

Ну это, в качестве предположения- добавьте в раствор стеариновой кислоты (немного).

Отбеливатели

Следующая по важности (после удаления общего пигментно-масляного загрязнения) характеристика порошка — это отбеливающая способность, которая проявляется непосредственно в отбеливании тканей, в возможности удаления пятен растительного происхождения (например, травы, зелени), освежении цвета, дезинфекции тканей.

О том, что отбеливание при помощи хлора вредно не только для ткани, но и для здоровья, знает сегодня, пожалуй, каждый. На смену хлоросодержащим отбеливателям пришли более щадящие, но не менее эффективные кислородосодержащие, наиболее перспективный из которых - перкарбонат натрия. Он превосходно справляется с главной задачей - химическим разложением окрашенных частей пятна на ткани, окисляя их. В результате этого процесса образуются продукты, легко удаляемые с поверхности материала. Но не стоит забывать и тот факт, что стиральный порошок, помимо отбеливающих свойств, должен и дезинфицировать. Это качество легко достигается путем повышения окисляющей способности CMC, а значит, кислородосодержащие отбеливатели в составе порошка гарантируют нам и гигиеничность стирки. Отметим, что массовые порошки, как правило, не содержат химического отбеливателя, именно поэтому требовать исключительной белизны от стирки недорогим порошком просто бессмысленно. А вот в порошках средней и высокой ценовой категории химический отбеливатель есть.

В принципе, на этом можно было бы и остановиться, если бы во всем мире не существовало устойчивой тенденции к уменьшению температуры стирки. Появилась она благодаря как широкому распространению и популярности синтетических тканей и окрашенного текстиля (верхний предел температуры стирки столь деликатных материалов зачастую ограничен 30-40°С), так и необходимости понизить затраты электроэнергии, то есть температуру и время стирки. Практика показывает, что большая часть стирок проводится при температуре от 30 до 60°С. Кислородосодержащие же отбеливатели начинают эффективно работать с 80°С и при низких температурах сами по себе малоэффективны. Казалось бы, отбеливать деликатные ткани им практически невозможно. Но, благодаря современным разработкам, эта проблема стала решаема. Лучше всего с данной задачей справляются составы, которые реагируют с пероксоионами в растворе с образованием промежуточных соединений, более активных при низкотемпературном отбеливании. Речь идет об «Активном кислороде».

Опрос учащихся школы № 2089

Среди работников школы, учащихся 8 – 11 классов и местных жителей мы провели социологический опрос. Опросив, 50 учащихся мы выяснили, что большая часть населения пользуются автоматическими стиральными машинами и покупает соответствующие стиральные порошки.

По результатам опроса выяснилось, что в нашей школе чаще всего в быту используют стиральный порошок №1 (38%). Большинство опрошенных, не читают информацию на упаковке, читают только 22%. В основном, учащиеся выбирают порошок исходя из цены (36%), но многие покупают стиральный порошок по личному опыту (26%) и рекламе (22%), запах тоже влияет на выбор порошка (12%). 32% опрошенных ответили, что некоторые порошки вызывают у них зуд, покраснение кожи, дерматиты, а если в порошке много отдушки наблюдается першение в горле, отёк, кашель и ринит.

Экспериментальная часть

Ключевые слова: СМС, стиральный порошок, активный кислород, химические реакции, химический состав

Объекты исследования: 3 порошкообразных СМС с функцией «Активный кислород», предназначенные для стирки белья (исключая шерстяное и шелковое) в автоматических стиральных машинах, которые были произведены в разных странах.

СМС №1стиральный порошок с эффективной формулой, которая отлично отстирывает различные загрязнения. Проникая между волокнами ткани, он растворяет и удаляет грязь, а содержащийся в его формуле активный кислород придает Вашим вещам сияющую белизну.

Состав:5-15% анионные ПАВ, <5% неионогенные ПАВ, кислородосодержащий отбеливатель, поликарбоксилаты, фосфонаты, энзимы, оптический отбеливатель, отдушка

СМС №2лучший пятновыводитель. Новая формула порошка настолько эффективна, что справляется с пятнами всего за 30 секунд! Безопасен для белых и цветных вещей.

Состав: 30% и более: кислородосодержащий отбеливатель, менее 5%
неионогенные и анионные ПАВ, цеолиты, энзимы, ароматизатор.

СМС №3предназначен для стирки белья из хлопка, льна и синтетических волокон, обладает уникальной моющей способностью благодаря биологически активным ферментам, входящим в состав порошка. Частицы порошка очень быстро растворяются в воде и прекрасно вымываются при однократном полоскании. Вы экономите электроэнергию, время и воду.

Состав: ПАВ (22% линейный алкилбензолсульфонат натрия, полиоксиэтилен-алкиловый эфир), щелочной агент (карбонат), смягчитель воды (алюмосиликат), сульфат, диспергирующие агенты, флуоресцентные отбеливающие агенты, ферменты, ароматизатор.

Реактивы и оборудование.

Na2SO3S · 5H2Oпяти водный тиосульфат натрия

I2– йод

KIйодид калия

(C6H10O5)n крахмал индикаторный очищенный

NaCl – хлорид натрия

CH3COOH– уксусная кислота

H2SO4– серная кислота

H2O– дистиллированная вода

Бюретка объёмом 25 мл, с ценой деления 0,1 (ГОСТ 29252-91)

Цилиндры, объёмом от 10 до 250 мл (ГОСТ 1770-74)

Мерные колбы, объёмом от 100 до 500 мл (ГОСТ 8682-12/21 и 8682-19/26)

Пипетки, объёмом от 5 до 25 мл (ГОСТ 29227-91)

Часовое стекло (ГОСТ 14183-78)

Химические стаканы (ГОСТ 25336-82)

Воронки (ГОСТ 25336-82)

Палочки стеклянные (ГОСТ 25336-82)

Фарфоровые ступка и пестик (ГОСТ 9147-80)

Фильтры обеззоленные «Синяя лента» Ø12,5 см

Электронныевесымарки Digital scale Professional-mini

Электрическая плитка советского образца

Механический секундомер

Электрический чайник с регулировкой температуры

Термометр электронный со щупом

Маркер перманентный черный

Пипиметр

Спектрофотометр Cary 50 (Varian, США)

Изучение состава и прочей информации, указанных на упаковках исследуемых образцов.

Анализируя состав СМС, отметим, что в рецептуру стиральных порошков включены такие экологические вредные ингредиенты как фосфаты, которые уменьшают жёсткость воды и улучшают моющее действие порошка. Однако эти соединения обладают способностью накапливаться в водоёмах и увеличивать остаточную зольность в отстирываемых материалах, вызывая при этом гибель живых организмов и ухудшается санитарно-гигиенические свойства одежды [5]. Для наглядности, результаты были сведены в таблицу №2.

Таблица №2. Маркированные данные анализируемых СМС

Показатель

СМС

1

2

3

Состав

Неионогенные ПАВ, %

5

<5

-

Анионные ПАВ, %

5-15

<5

-

Мыло, %

-

-

-

Поликарбоксилаты, %

+

-

-

Кислородный отбеливатель, %

+

30 и более

+

Лимонная кислота, %

-

-

-

Фосфаты, %

+

-

-

Фосфонаты, %

+

-

-

Цеолиты, %

-

+

-

ЭДТА, %

-

-

-

Гексилкоричный альдегид, %

-

-

-

Оптический отбеливатель, %

+

-

+

Энзимы

+

+

-

Антивспениватель

-

-

-

Ароматизирующие добавки

+

+

+

Масса упаковки, г

2000

500

270

Цена в пересчете на 100 г, ₽

9,15

97

142

Срок годности, месяцев

36

24

60

Примечание: знак «+» означает наличие данного ингредиента, но его номинальные величины в маркировке не приведены.

Определение пенообразующей способности стиральных порошков.

Определение пенообразующей способности стиральных порошков проводилось в соответствии с методикой [6]. Сущность методики состоит в следующем: в мерные цилиндры вместимостью 200 мл помещается по 50 мл 1% раствора СМС, нагретого до 500С; жидкость в цилиндрах энергично встряхивается в течении 15 сек; затем замеряется высота столба пены в миллиметрах сразу после встряхивания и по истечению 5 мин.

О пенообразующей способности судили по высоте столба пены, зафиксированный сразу после встряхивания.

Устойчивость пены определяли по формуле:

У = Н50 (1)

где: Н5 – высота пены, измеренная через 5 мин., после встряхивания;

Н0 – высота пены тотчас после встряхивания.

Моющая способность анализируемых СМС.

Моющая способность – это комплексное свойство, определяющее способность моющего средства восстановить чистоту и белизну загрязненной поверхности. Метод определения моющей способности заключается в зрительном различии салфетки универсальной из микрофибры в исходном состоянии, с различными видами загрязнений и после их стирки. Для загрязнения проб применялись белковые, жировые, растительные, чернильные и смешанные загрязнители. В качестве жирового загрязнителя использовалось – растительное масло. Яблочный компот и кетчуп являются загрязнителями растительного происхождения. Соевый соус, кофе, тональный крем, Pepsi и губная помада относятся к группе загрязнения смешанного типа. Загрязнённые пробы с целью быстрого старения загрязнения были подвергнуты микроволновой обработке в микроволновой печи Siemens в течении 10 минут (600Вт). Стирка проб проводилась в стиральной машине. Режим стирки: «деликатная стирка», сильное загрязнение (время стирки – 15 минут), температура моющего раствора 500С. Для одного цикла стирки использовалось количество моющего средства в соответствии с инструкцией, приведенной на упаковке (≈27 грамм). Так как загрязнения были очень сильными, то в процессе испытания пробы ткани были подвергнуты двум циклам стирки.

После стирок в зонах загрязнений определялись коэффициенты белизны. Коэффициенты белизны проб ткани оценивалась с помощью Спектрофотометра марки «Cary 50» (Varian, США).

Моющая способность СМС (М) по каждому загрязнению определялась по формуле 2:

(2)

где: Rw – коэффициент белизны выстиранной пробы ткани; Rc– коэффициент белизны исходной белой ткани до загрязнения; Rd – коэффициент белизны загрязненной пробы ткани.

Коэффициент белизны ткани до загрязнения был равен 89,4.

Алгоритм испытаний моющей способности порошков приведен на схеме (рис. 3).

Рис.3. Алгоритм испытаний моющей способности СМС

Количественное определение «Активного кислорода» в исследуемых порошках

Была произведена химическая экспертиза купленных нами порошкообразных синтетических моющих средств на количественное содержание «Активного кислорода». Методика определения проводилось йодометрическим титрованием. Сущность метода заключается в окислении ионов йода с последующим титрованием выделившегося йода серноватистокислым натрием.

Приготовление стандартизированного раствора Na2SO3S· 5H2O (0.05 н)

В реакции с йодом каждая молекула тиосульфата теряет один электрон и восстановительная эквивалентная масса Na2SO3S∙5H2O равна его молярной массе. Чтобы приготовить 0,1 л приблизительно, 0,05 н раствора, нам потребовалось 248,21∙0,05∙0,1=1,24 г тиосульфата натрия. Рассчитанную навеску мы перенесли в мерную колбу на 100 мл. Так как в водных растворах тиосульфат разлагается под действием кислорода воздуха и углекислоты, навеску растворили в свежекипяченой и охлажденной дистиллированной воде. Закрыли колбу пробкой, перемешали 10 раз и обернули в черную бумагу.

Приготовление стандартизированного раствора KI (0.05н)

Взаимодействуя с тиосульфатом, каждая молекула йода присоединяет два электрона, и эквивалентная масса йода составляет 1/2 молярной массы, то есть 253,82:2=120,91 г/моль. Чтобы приготовить 0,1 л 0,05 н раствора нам понадобилось 126,91∙0,05∙0,1=0,63 г. На электронных весах взяли навеску навеску 0,65 г йода. Перенесли в мерную колбу на 100 мл, прилили 10 мл 20% –ного раствора йодида калия (в котором йод растворяется лучше, чем в воде), доводят объём водой до метки, перемешивают раствор.

Приготовление крахмала

К 500 мл насыщенного раствора хлористого натрия добавили 100 мл раствора уксусной кислоты и 3,00 грамма крахмала. Получившейся раствор прокипятили в течении 5 минут до того момента, как раствор стал прозрачным. После чего полученный раствор охладили до комнатной температуры и добавили ещё 25 мл дистиллированной воды.

Проведение анализа

20,00 г порошка тщательно растёрли в ступке. После чего в химический стакан вместимостью 150 мл поместили навеску растёртого порошка массой 5,00 г. В стакан с навеской прилили 100 мл воды с температурой 40°С, тщательно перемешали содержимое стакана стеклянной палочкой до растворения пробы. Раствор перенесли в мерную колбу вместимостью 500 мл и довели объём до метки водой. В коническую колбу вместимостью 250 мл прилили пипеткой 100 мл раствора, который получили ранее. Добавили 50 мл воды, 25 мл раствора серной кислоты (ω = 25%), 10 мл раствора йодистого калия. Колбу закрыли часовым стеклом, чтобы предотвратить потери улетучивания йода, тщательно перемешали и оставили смесь на 3 мин в темном месте (в шкафу). Затем сняли часовое стекло и ополоснули водой над колбой. Выделившийся йод оттитровали раствором серноватистокислого натрия. Сначала титровали без индикатора. После того, как бурый цвет смеси посветлеет и станет соломенно-желтым, к раствору прилили 3 мл раствора крахмала и продолжали титрование до тех пор, пока цвет раствора не изменится от черно-синего до желтовато-белого.

Результаты и их обсуждение

На основании полученных результатов исследований можно сделать следующие заключения:

Анализ химического состава исследуемых СМС

Анализ химического состава исследуемых СМС позволяет признать наилучшим по составу в плане экологической безопасности порошок №3, так как в его рецептуре отсутствуют фосфаты, фосфонаты и анионные ПАВ. Вторую позицию занимает порошок №2, так как он не содержит ни фосфатов, ни фосфонатов, но присутствуют анионные ПАВ. Следует отметить, что производитель не указывает наименование вводимого в рецептуру порошка анионного ПАВ.

Органолептический анализ

Органолептические исследования показали, что исследуемые порошки по агрегатному состоянию представляют собой гранулированный порошок белого цвета с добавлением небольшого количества окрашенных в разные цвета гранул. В состав всех исследуемых СМС были введены отдушки, которые имели характерный запах, соответствующий указанному на маркировке. Наиболее сильный запах присущ порошкам №1 и №3, наиболее слабый – порошку №2, что делает его наиболее предпочтительным для потребителей с астматическим синдромом.

Качество упаковки

Оценивая качество упаковки, можно сказать, что исследуемые СМС имеют красочную и привлекательную упаковку. Способ упаковки лучше сохраняет свойства СМС во время транспортировки и проходя через руки любопытных покупателей, а также дома при непосредственном использовании. Отдельным плюсом можно поставить за наличие мерной ложки внутри упаковки. Что же касается исследуемого образца №1, то он обладает общими недостатками этого типа упаковки.

Во-первых, это пакет, который может порваться и понемногу начать высыпаться, что и имело место при нашем исследовании.

Во-вторых, запах, распространение которого за счёт ароматизаторов происходит довольно обильно, даже при небольшом открытии данного моющего средства.

В-третьих, стоит отметить, что на самой упаковке (лицевая часть) написано, что не содержит фосфатов, хотя в составе (на обороте) мелким шрифтом написано, что содержание фосфатов присутствует, но производитель не указал точное его количество.

Растворимость

Растворимость СМС влияет на качество стирки. Если порошок плохо растворяется в воде, то на одежде после стирки могут оставаться белые пятна. Среди исследуемых образцов лучше всех в воде растворяется стиральный порошок №3, а хуже всех порошок №2, при очень длительном времени полного растворения порошка так и не произошло.

Пенообразующая способность и устойчивость пены

Пенообразующая способность и устойчивость пены является показателем моющей активности средств. Пена способствует уносу загрязнений из раствора, препятствует вторичному осаждению их на отмываемую поверхность. Однако обильное пенообразование негативно влияет на работоспособность машин-автоматов.

Результаты пенообразующей способности и устойчивость пены для наглядности были сведены в таблицу №5.

Видно, что пенообразующая способность не превышает требования ГОСТ 25644-96, но ни один из представленных образцов не прошёл требования по устойчивости пены после 5 мин. Разница превышает для каждого образца примерно в три раза.

Таблица №5. Физико-химические показатели СМС

Показатель

Образец СМС

ГОСТ

25644-96

Порошок №1

Порошок №2

Порошок №3

Пенообразующая способность, мм

145

110

190

Не более 200

Устойчивость пены через 5 мин

0,86

0,86

0,92

Не более 0,3

Кинетика устойчивости пены СМС изображена на рис.4.

Рис.4. Кинетика устойчивости пены исследуемых СМС

Из графика следует, что у всех исследуемых порошков наиболее резкое падение уровня пены происходит на первых минутах (особенно это выражено у порошка №1), а затем оно замедляется и имеет плавный характер. Данный тип реакции является наиболее предпочтительным для машин барабанного типа. Как следует из графика, получившейся линии далеки от прямых. Поэтому, целесообразно было прологарифмировать данные линии, чтобы найти скорость оседания пены. Результаты логарифмирования представлены на рис.5.

 

Рис.5. Линеризация зависимостей У-t в билогарифмических координатах

Видно, что исследуемые образцы имеют линейный вид (R2>0,90). Поэтому, мы использовали эмпирическое уравнение степенного вида для нахождения скорости оседания пены для 1, 5 и 10 минут. После дифференцирования которого, мы получили выражение для скорости оседания пены W, как произведение параметров a и n для нормированного времени оседания пены. Значения a и n найдены по линейным в билогарифмических координатах зависимостям (рис.5.). Из зависимости (рис.5.). скорости оседания пены видно, что наиболее быстрый образец Порошок №1, а наименее активный Порошок №2. Отметим, что, у образца №2 зависимость У-t практически линейная (коэффициент регрессии R2 выше 0,99). Для удобства, мы перенесли параметры степенного уравнения в таблицу №6.

Таблица №6. Параметры степенного уравнения β=a(t*)n, используемого для определения скорости оседания пены при t*=1 мин. (W1), t*=5 мин. (W5), t*=10 мин. (W10).

Параметры

Порошок №1

Порошок №2

Порошок №3

ln(a)

0,702

0,219

0,598

a

2,019

1,245

1,818

n = tgα

0,550

0,229

0,423

R2

0,932

0,996

0,999

W(1)

1,110

0,285

0,770

W(5)

0,102

0,001

0,025

W(10)

0,005

0,000

0,000

Из таблицы №6 видно, что скорость оседания пены для исследуемых образцов при одной минуте увеличивается в ряду:

№2 < №3< №1

По параметрам сравнения скорости оседания пены при 5-ти и 10-ти минутах результат остаётся прежним. Отметим, что скорость оседания пены для 10-ой минуты совсем нет у образцов №2 и №3.

Для удобства сравнения скорости оседания пены у исследуемых образцов для одной минуты была построена гистограмма (рис.6.), позволяющая сравнить начальную активность W1 у порошкообразных синтетических моющих средств.

 

Моющая способность СМС

Моющая способность исследуемых образцов по каждому загрязнению определялась по формуле 2, где были оговорены следующие параметры оценивания:

Плохо”

0-50%

Нормально”

51-68%

Хорошо”

69-85%

Отлично”

86-100%

Эти параметры были выбраны не случайно, мы опирались на регламентируемый показатель ГОСТ 25644-96.

Результаты эксперимента были сведены в таблицу №7 и в Приложение 10.

Таблица №7. Показатели моющей способности СМС

Вид загрязнителя

Моющая способность образца СМС, %

После стирки

Порошок №1

Порошок №2

Порошок

3

Кетчуп

1-ой

62,5

76,2

89,4

2-ой

73,2

80,1

89,4

Масло растительное

1-ой

83,3

84,2

85,6

2-ой

89,4

89,4

89,3

Кофе

1-ой

88,1

85,1

89,1

2-ой

89,4

85,2

89,4

Тональный крем

1-ой

80,3

89,4

89,4

2-ой

88,9

88,8

89,4

Соус соевый

1-ой

86,4

50,1

87,2

2-ой

86,9

55,7

89,4

Смородина

1-ой

40,4

20,5

84,2

2-ой

40,4

23,2

86,1

Варенье

1-ой

25,5

20,8

45,5

2-ой

31,1

34,2

55,5

Губная помада

1-ой

50,9

50,7

80,3

2-ой

59,7

55,2

89,4

На основании полученных данных моющей способности СМС по каждому виду загрязнения были построены лепестковые диаграммы, характеризующие комплексный показатель моющей способности исследуемых порошкообразных СМС (рис. 7, 8). Чем больше площадь, ограниченная линиями одного типа – тем выше комплексный показатель моющей способности средства. На первой диаграмме (рис.7.) отчётливо видно, что площадь многоугольника, образованного сплошной линией красного цвета («Порошок №3»), преобладает над другими, следовательно, после первой стирки обладает наилучшей моющей способностью. Подобная картина сохраняется и после второй стирки, хотя абрисы площадей несколько сближаются (рис. 8.). Комплексный показатель после стирки порошка №2, имеет наименьшее значение, следовательно, данный стиральный порошок обладает наихудшей моющей способностью среди анализируемых образцов.

Рис.7. Комплексный показатель моющей способности СМС после 1-ой стирки

Рис.8. Комплексный показатель моющей способности СМС после 2-ой стирки

Содержание активного кислорода в исследуемых СМС

Массовую долю активного кислорода ω, %, вычисляли по формуле:

Где V– объем раствора серноватистокислого натрия концентрации 0,1 н., израсходованного на титрование испытуемой пробы, мл;

0,0008 – масса активного кислорода, соответствующая 1 см раствора серноватистокислого натрия концентрации 0,1 н., г;

500 – объём колбы, мл;

m1– масса стакана с навеской, г;

m2– масса пустого стакана, г;

100 – объём испытуемого раствора, взятого для титрования, мл.

Результаты титрования мы перенесли в таблицу №3 и таблицу №4

Таблица №3. Определение массовой доли «активного кислорода» ω, %

Марка

СМС

Формула расчёта

Массовую долю активного кислорода ω, %

Порошок №1

 

0,840

0,844

0,848

Порошок №2

3,960

3,928

3,944

Порошок №3

3,360

3,384

3,376

Таблица №4. Результаты математико-статистической обработки данных

Марка СМС

Параметры

Измерения

Порошок №1

xi =(СМС),оТ

0,8400,8440,848

промахи

-

n

3

±δ,%

0,844±0,004

Sr,%

1,00

Er,%

0,107

Порошок №2

xi =(СМС),оТ

3,9503,9483,944

промахи

-

n

3

±δ,%

3,947±0,003

Sr,%

1,15

Er,%

0,106

Порошок №3

xi =(СМС),оТ

3,3803,3843,378

промахи

-

n

3

±δ,%

3,381±0,003

Sr,%

4,58

Er,%

0,106

В качестве активного кислорода в порошкообразных синтетических моющих средствах принимают участие такие вещества как: NaOCl (гипохлорит натрия), Na2B2O5(OH)4] (перборат натрия) и Na2C2O6 (пероксидикарбонат натрия). Т.к. в школьных условиях нет возможности определить, какие именно из трёх веществ находятся в наших анализируемых образцах, а на упаковках производитель не указал, то предположим, что они содержатся все вместе.

В ходе титрования тетраборат натрия и пероксидикарбонат натрия неустойчивы в кислой среде и разлагаются с выделением пероксида водорода:

Na2[B2O5(OH)4] + H2SO4 + 3H2O = Na2SO4 + 2H3BO3 + 3H2O2 (3)

Na2C2O6+ H2SO4 = Na2SO4 + 2СО2↑ + H2O2 (4)

При йодометрическом титровании для всех соединений мы записали следующие уравнения протекающих процессов:

H2O2 + 3KI + H2SO4 = K[I3] + K2SO4 + 2H2O (5)

K[I3] + 2Na2SO3S = KI + 2NaI + Na2S4O6 (6)

Для гипохлорита натрия реакция в кислой среде будет немного отличаться от 3 и 4:

NaOCl + 3KI + H2SO4 = K[I3] + NaCl + K2SO4 + H2O (7)

По результатам йодометрического титрования видно (табл. №3), что наибольшее содержание «Активного кислорода» находится в образце «№2, а именно ω(О) =3,947±0,003% (Er= 0,166%), а в образце №1 не смотря на его громкое название, самое маленькое содержание пероксидных соединений, а именно ω(О) = 0,844±0,004 (Er=0,217%).

После чего мы провели математико-статистическую обработку данных на проверку точности наших результатов в ходе которой, было установлено, что результаты наших измерений не превышают допустимого содержания «Активного кислорода» в исследуемых образцах (ГОСТ 22567.10-93) и допускаемая абсолютная суммарная погрешность результата испытания не превышает ±0,11% при доверительной вероятности 0,95.

Выводы

Самый экологически безопасный порошкообразное синтетическое моющее средство из трёх анализируемых объектов – Порошок №3, так как его рецептуре отсутствуют фосфаты, фосфонаты и анионные ПАВ.

Органолептические исследования показали, что все исследуемые порошки содержали отдушки характерного запаха и представляли собой гранулированный порошок белого цвета с добавлением небольшого количества окрашенных в разные цвета гранул.

Качество упаковки у исследуемых СМС имеют красочную и привлекательную упаковку. Порошок №3 поразил своей находчивостью, а именно распределить стиральный порошок по пакетикам, с определённой массой, что позволяет домохозяйкам быстро заправлять стиральные машины нужным количеством СМС. Так же стоит отметить образец №2, внутри упаковки которого, была мерная ложечка.

Среди исследуемых образцов лучше всех в воде растворяется стиральный порошок №3, а хуже всех порошок №2.

Была рассчитана кинетика и скорость оседания пены у исследуемых образцов, в ходе которого было установлено, что самой высокой скоростью оседания пены обладает образец №1, а самой медленной - №2

Самой лучшей моющей способностью обладает стиральный порошок №3, который отмыл большинство пятен уже при первой стирки, а наихудшей - №2.

Самое высокое содержание «Активного кислорода» содержит образец №2, но от него не отстает и №3, и самым маленькое содержание в образце №1

Выявленные различия в функциональных свойствах исследуемых СМС вполне согласуются с соотношением «цена-качество». Самый дорогой порошок №3 занял первое место по моющей способности и по экологическим характеристикам. Промежуточное место занял №1, который показал среднюю моющую способность, но по экологическим характеристикам уступает №3, о чём говорит его цена, который является самым дешёвым из анализируемых образцов. Последнее место занял образец №2, который показал низкую моющую способность, экологически вредный, но не так как №1, так как содержит анионный ПАВ, за счёт чего в разы увеличивается стоимость данного образца. Поэтому, мы не рекомендуем к использованию №2.

Благодарности

Автор благодарит зав. лабораторией кафедры прикладной физики РУДН Николая Сергеевича Трофимова за помощь в проведении анализа и консультации.

Автор выражает благодарность к.х.н., преподавателю кафедры общей химии Екатерине Валерьевне Доброхотовой за помощь в проведении анализа и консультации.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю учителю химии Заеву Денису Алексеевичу за интерес к научной работе, творческую свободу и ценные советы при выполнении и подготовке к защите научно-исследовательской работы.

Список используемой литературы и интернет – источников

http://domovodstvo.com/stir-porosh.html

http://www.passion.ru/s.php/380.htm

http://ru4.pp.ru/s15.php

http://www.nanya.ru/podpiska/

http://www.isracity.com/isra/spravki/kakpokupat.html

http://potrebitel.nsys.by/html/materials/proj_10.04.htm

Приложение №1. Подготовка рабочего места

 

Приложение №2. Взятие массы навески исследуемого образца

 

Приложение №3. Перенос массы навески в мерную колбу на 500 мл

 

Приложение №4. Подготовка образца для определения пенообразующей способности

 

Приложение №5. Приготовление 1%-ого раствора СМС

 

Приложение №6. Доведение испытуемого образца до определенной температуры

 

Приложение №7. Проведение титриметрического анализа на количественное содержание «Активного кислорода»

 

Приложение №8. Контрольный образец

 

Приложение №9. Определение моющей способности СМС

Порошок №1

До

После 2-х стирок

   
   
   
   
   
   
   
   

Порошок №2

До

После 2-х стирок

   
   
   
   
   
   
   
   

Порошок №3

До

После 2-х стирок

   
   
   
   
   
   
   
   

Приложение №10. Посещение Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Российский университет дружбы народов» (РУДН)

 

Приложение №11. Работа со спектрофотометром

 
 
Просмотров работы: 33