XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Мыло против COVID-19
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Пандемия коронавируса (COVID–19) заставила человечество по-новому посмотреть на многие привычные вещи и вынудила обратить особое внимание на такую повседневную привычку, как мытье рук с мылом – один из самых дешёвых, самых простых и важных способов предотвращения распространения вируса.
Насколько важно для здоровья мыть руки с мылом, нам объясняли с раннего детства. К этому нехитрому ритуалу приучали ещё в детском саду, однако вопросы всё-таки множились с каждым годом. Когда появилось мыло? Почему оно мылится? Как оно борется с микробами и вирусами? Какие свойства делают эту борьбу успешной? Какое мыло лучше «убивает» вирусы?
Желание получить ответы на накопившиеся вопросы определило актуальность настоящего исследования.
Несмотря на то, что история мыла насчитывает не одну тысячу лет, его свойства всё ещё продолжают интересовать исследователей разного возраста: Макшев Н. и Учайкин Н. (Саранск, 2013), Юдина Д. В. (Владимир, 2014), Богачков Д. (Тюмень, 2016), Маликова К. И. (Инжавино, 2017), Т. П. Горбачев (Красноярск, 2017), Гурин М. М., Будашевский А. П. и Дегтяров К. А. (2019), Шишкова В. А. (Красногорск, 2021) и многие другие.
Макшев Н. и Учайкин Н. (Саранск, 2013) исследовали моющие свойства мыла и пришли к выводу, что эти свойства зависят от карбоновых кислот и щёлочи, которые образуются при гидролизе мыла, при этом pH мыльного раствора по-разному влияет на кожные покровы, поэтому каждому типу кожи необходимо подбирать определенный вид мыла [7].
Юдина Д. В. (Владимир, 2014) исследовала характеристики современных сортов туалетного мыла и влияние на кожу их отдельных ингредиентов. Сравнительная оценка качества четырех образцов твёрдого туалетного мыла по органолептическим и физико-химическим показателям выявила наличие в их составе пенообразующих компонентов, являющихся вредными, так как эти вещества легко приникают через защитный барьер эпидермиса и делают кожу более восприимчивой ко многим химическим соединениям [11].
Богачков Д. (Тюмень, 2016) в своём исследовании «Мыло – щит от бактерий» выдвинул гипотезу, что защитные свойства мыла зависят от показателя pH, и пришёл к выводу, что большинство сортов мыла, имея pH 6–8 (нейтральная среда), смывают только грязь, но не защищают от бактерий [1].
Маликова К. И. (Инжавино, 2017), проведя оценку качества 37 образцов твёрдого и жидкого туалетного мыла, пришла к выводу, что самая оптимальная среда для мыла – слабощелочная, так как приводит к максимальному удалению загрязнений с кожи и минимальному повреждению (сушке) кожи [8].
Изучением антибактериальных свойств мыла занимался Т. П. Горбачев (Красноярск, 2017). Использовав методы посева микроорганизмов, качественного и количественного анализа бактериальных колоний, автор пришёл к выводу, что из пяти исследуемых мыл четыре оказывают бактерицидное действие на палочковидные формы бактерий, что доказывает, по мнению автора, их эффективность в борьбе с возбудителями дизентерии и брюшного тифа [3].
Гурин М. М., Будашевский А. П. и Дегтяров К. А. (2019) в результате исследования выяснили, что мыло несъедобно, так как содержит довольно большое количество едкой щелочи (карбонат натрия); качество мыла не зависит от цены и его можно изготовить самостоятельно в домашних условиях [5].
Шишкова В. А. (Красногорск, 2021) свою «мыльную историю» посвятила изучению вопроса мыловарения и технологии получения мыла в домашних условиях [10].
Перечисленные выше исследования дают представление о химическом составе и свойствах разных образцов мыла, влияющих на эффективность удаления загрязнений и безвредных для рук, но не помогают разрешить проблему исследования – каковы физико-химические механизмы мыла, предотвращающие распространение вируса.
Цель исследования: обоснование и экспериментальная проверка физико-химических свойств мыла, предотвращающие распространение вируса.
Задачи исследования
1. Проанализировать литературу по исследуемой теме.
2. Изучить состав, свойства и физико-химические механизмы мыла, предотвращающие распространение вируса.
3. Подобрать методики для практического исследования в рамках поставленной цели.
Предмет исследования: качественные характеристики мыла.
Гипотеза исследования: знание зависимости свойств мыла от его состава позволит делать правильный выбор при покупке мыла, предотвращающего распространение вируса.
Методы исследования
На различных этапах работы и при решении отдельных задач, поставленных в исследовании, использовался широкий набор методов: анализ научно-популярной литературы, методы наблюдения и сравнения, методы эксперимента и обобщения информации.
Теоретическая значимость исследования: определение критериев выбора мыла, предотвращающие распространение вируса.
Практическая значимость: установление влияния различных видов мыла на предотвращение распространения вируса.
Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 История мыла
Исследуя вопрос происхождения мыла, можно найти три версии: шумерскую, египетскую и римскую.
Версия первая – шумерская
Если верить этой версии, то первое мыло было изготовлено в Шумере в IV–III вв. до н. э. Доказательством этого являются найденные таблички, датируемые 2500 годом до н. э. На табличке описывался рецепт, который очень похож на мыловарение: древесинную золу смешивали с водой и кипятили, а затем в ней растапливали жир.
Версия вторая – египетская
Согласно этой версии мыло родом из Древнего Египта, и его возраст 6 тыс. лет. Здесь также имеются свои доказательства, так как были найдены древние папирусы. На них конкретно указывалось, из чего получали мыло. Мыло производили из растительных и животных жиров, которые разогревались с содой и щелочными солями.
Версия третья – римская
По этой версии местом появления первого мыла следует считать Древний Рим. Согласно легенде, оно имело название «sapo». В Древнем Риме была гора Сапо, на которой приносили жертвы. В процессе сжигания жир перемешивался с золой от костра. После дождей эта жидкость стекала в реку Тибр. Жители, которые стирали в ней свои вещи, заметили, что процесс стирки становился намного легче.
Историк Плиний Старший говорил о мыловарении в Риме. В процессе раскопок Помпей были найдены помещения, в которых и осуществлялся процесс варения мыла. Но в те времена эту смесь использовали для стирки. Только во втором веке врач Галеон указал на то, что мыло можно использовать не просто как средство стирки, но и как средство личной гигиены.
1.2 Мыла: классификация, свойства
С химической точки зрения мыла представляют собой соли высших жирных (C8–C18), нафтеновых или смоляных кислот.
В бытовом смысле – это технические продукты, обладающие моющим действием.
1.2.1 Классификация мыла
Существует несколько классификаций мыл:
- по растворимости (Рисунок 1);
- по консистенции (Рисунок 2);
- по назначению (Рисунок 3);
- по способу получения (Рисунок 4).
Рисунок 1 – Классификация мыл по растворимости
Рисунок 2 – Классификация мыл по консистенции
Рисунок 3 – Классификация мыл по назначению
Рисунок 4 – Классификация мыл по способу получения
1.2.2 Моющие свойства мыла
Мыла как соли высших жирных кислот состоят из аниона жирной кислоты и катиона металла (чаще всего натрия или калия).
В водных растворах щелочные мыла подвергаются гидролизу, т. к. образованы слабыми кислотами и сильными основаниями. Их растворы имеют щелочную реакцию (рН>7). В сильно разбавленных растворах мыла полностью диссоциируют на ионы (Формула 1)
(1)
Способность мыла пениться, отмывать загрязнения связана с образованием мицелл и высокой поверхностной активности. Водорастворимые щелочные мыла являются анионными поверхностно-активными веществами.
1.2.3 Этапы растворения грязи под действием мыла
Все мыла, по сути, являются поверхностно-активными веществами (поверхностно-активными агентами) и состоят из амфифильных молекул. Это означает, что они состоят из двух частей: гидрофильной (любящей воду) головы и гидрофобного (ненавидящего воду) хвоста [6].
Поверхностно-активные вещества – это специальные химические соединения, которые могут изменять поверхностное натяжение между различными фазами. Карбоксилатная группа мыла образует полярную голову, которая притягивается к молекулам воды. В то же время неполярный хвост, содержащий алифатическую (от греч. ἄλειφα, ἀλείφατος – «олифа», «масло», «жир») цепь, отталкивается от воды и имеет сродство к липидам и маслам. Этот двойной характер мыла позволяет ему растворять как полярные, так и неполярные молекулы.
При соприкосновении мыла с грязью, гидрофобный «хвост» мыла окружает гидрофобное загрязняющее вещество и проникает внутрь, а поверхность загрязнения покрывается оболочкой гидрофильных «голов» (Рисунок 5).
Рисунок 5 – Очищающие свойства мыло [9]
Гидрофильная «голова» мыла взаимодействуют с полярными молекулами воды. Ионы мыла «захватывают» загрязнение и отрываются от поверхности, переходя в воду. Плавающие частицы удерживаются в растворе до его смены.
1.3 Как мыло разрушает вирусы?
Молекулы мыла прикрепляются к вирусу и другим микробам. Когда человек моет руки водой с мылом, гидрофобный хвост мыла начинает искать место, где молекулы воды могли бы укрыться от вируса. Когда они находят вирус, молекулы мыла начинают окружать его. Гидрофобный «хвост» прилипает к стенке липидного бислоя вируса и вырывает его с заданной поверхности, например, с кожи рук. Потом гидрофобный хвост ещё больше проникает в вирус, стремясь ещё дальше уйти от воды. Хвост вскрывает внешнюю стенку вируса, раскалывая его на части, в результате чего его содержимое вытекает в мыльную воду. Остатки вируса смываются водой [6].
Глава 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
В практической части определим качество двух образцов мыла, вычислим рН и содержание примесей, а также содержание щелочей и карбонатов.
1. Определение органолептических показателей мыла
Качество мыла определяют органолептическим и лабораторным методами. Кусковое мыло должно быть твёрдым на ощупь, без налётов, пятен и липкости. Цвет мыла должен быть однородным. Куски не должны иметь трещин и деформаций. Форма кусков должна быть правильной, маркировка чёткой.
Вывод. Оба образца мыла соответствуют перечисленным требованиям.
2. Определение рН раствора
Кислотность среды мыла определяется с помощью лакмусовой бумаги. Полоску лакмусовой бумаги обмакиваем в мыльный раствор и сравниваем окраску полоски с эталонной шкалой.
|
Образец 1 |
Образец 2 |
|
|
рН раствора |
9,0 |
8,5 |
Вывод. При исследовании кислотности среды было установлено, что оба образца мыла имеют щелочную среду, значит, хорошо связывают активность вирусов.
3. Определение содержания щелочей в мыле
Оборудование и реактивы: индикаторы (фенолфталеин), 2 колбы на 250 мл, пипетка на 10 мл, электроплитка, технические весы, тёрка, бумажные фильтры, индикаторная бумага, 0,1н раствор HCl.
1. Подготовка мыла
Образец 1 и Образец 2 измельчили по отдельности до стружки на тёрке, отобрали пробы и взвесили на технических весах по 5 г каждого образца мыла. В колбах на 250 мл растворили пробы, добавив по 100 мл горячей дистиллированной воды. Остудили и отфильтровали через бумажные фильтры.
2. Титрование с индикатором фенолфталеином
В две колбы отобрали пипеткой по 3 мл фильтрата каждого образца, добавили по 10 мл дистиллированной воды и по 2 капли фенолфталеина. Обе пробы окрасились в розовый цвет. После этого оттитровали 0,1н раствором хлороводородной кислоты до исчезновения розовой окраски.
Результаты титрования записали и рассчитали нормальность раствора щелочи по формуле 2:
|
(2) |
Расчёт по образцу 1
|
V1(HCl) = 5 мл N(HCl) = 0,1 н V1(NaOH) = 3 мл |
Расчёт по образцу 2
|
V2(HCl) = 5 мл N(HCl) = 0,1 н V2(NaOH) = 3 мл |
Вывод. Массовая доля свободной едкой щёлочи в обоих образцах мыла соответствует техническим условиям ГОСТ 28546-2002 [4]. Едкая щёлочь, с одной стороны, связывает вирусы, предотвращающая их, с другой – не наносит вред коже рук.
Вывод
В ходе исследования я проанализировал литературу по исследуемой теме, изучил состав, свойства и физико-химические механизмы мыла, предотвращающие распространение вируса.
Когда человек моет руки водой с мылом, молекулы любого мыла (не только антибактериального) прикрепляются к вирусу, вскрывает внешнюю стенку вируса, а вода смывает его остатки. Зная это, при покупке мыла можно ориентироваться на соответствие мыла ГОСТ 28546-2002 и на свои обонятельные предпочтения. Главное – гигиена рук чрезвычайно важна для предотвращения распространения вируса COVID-19, потому что передача его «контактным путем происходит, когда загрязненными руками касаются слизистой оболочки рта, носа или глаз; вирус может также передаваться с одной поверхности на другую загрязненными руками, что облегчает непрямую контактную передачу» [2].
Список использованных источников и литературы
1. Богачков Д. Мыло – щит от бактерий // VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке». – Режим доступа: https://school-science.ru/6/1/36625 (дата обращения: 01.02.2022).
2. Временное руководство ВОЗ от 01.04.2020 «Рекомендации государствам-членам по улучшению практики гигиены рук для предотвращения трансмиссии вируса COVID-19» // Гарант.ру. – Режим доступа: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/73761238/ (дата обращения: 01.03.2022).
3. Горбачев Т. П. Изучение антибактериальных свойств мыла // Старт в науке. – 2017. – № 4-1. – Режим доступа: https://science-start.ru/ru/article/view?id=667 (дата обращения: 01.02.2022).
4. ГОСТ 28546-2002 Группа Р16. Межгосударственный стандарт мыло туалетное твердое. Общие технические условия // Консорциум Кодекс: Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. – Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200031618 (дата обращения: 10.01.2022)
5. Гурин М. М., Будашевский А. П., Дегтяров К. А. Исследование мыла // VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке». – Режим доступа: https://school-science.ru/7/16/40478 (дата обращения: 01.03.2022).
6. Действительно ли мыло уничтожает вирусы? Если да, то как? // New-Science.ru. – Режим доступа: https://new-science.ru/dejstvitelno-li-mylo-unichtozhaet-virusy-esli-da-to-kak/ (дата обращения: 01.03.2022).
7. Макшев Н., Учайкин Н. Исследование моющих свойств мыла: проектно-исследовательская работа // Блог «Алые паруса»: проект для одаренных детей. – Режим доступа: https://nsportal.ru/ap/library/drugoe/2017/02/27/issledovatelskaya-rabota-issledovanie-moyushchih-svoystv-myla (дата обращения: 20.02.2022).
8. Маликова К. И. Мыло – критерий цивилизованности. Исследование качества мыла // Образовательный портал «Знанио». – Режим доступа: https://znanio.ru/media/issledovatelskaya_rabota_mylo___kriterij_tsivilizovannosti-173482 (дата обращения: 01.02.2022).
9. Мыла: классификация, получение, свойства // Задачи по химии. – Режим доступа: http://zadachi-po-khimii.ru/organic-chemistry/myla-klassifikaciya-poluchenie-svojstva.html (дата обращения: 04.01.2022).
10. Шишкова В. А. Мыльная история // XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке». – Режим доступа: https://school-science.ru/14/23/49276 (дата обращения: 01.02.2022).
11. Юдина Д. В. Исследование характеристик современных сортов туалетного мыла и влияние на кожу их отдельных ингредиентов // Материалы VI Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум». – Режим доступа: https://scienceforum.ru/2014/article/2014000210 (дата обращения: 01.02.2022).