II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

СИНТЕТИЧЕСКИЕ МОЮЩИЕ СРЕДСТВА: МИФЫ И РЕАЛЬНОСТЬ

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Склянова Н.П. 1

---

1МКОУ СОШ с. Парфеново,

Труфанова Е.В. 1

---

1МКОУ СОШ с. Парфеново,

Работа в формате PDF

1.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Обоснование выбора темы

О том, что нужно вести домашнее хозяйство, поддерживать в доме чистоту, мы знаем уже в детстве, наблюдая жизнь родителей. Без ведения домашнего хозяйства невозможно представить современный дом. Домоводство – неотъемлемая часть нашего быта, можно сказать, значительная часть жизни. Связана она с трудовой деятельностью, направленной на сохранение, видоизменение, приспособление среды обитания для удовлетворения своих потребностей.

Ведение домашнего хозяйства – дело довольно нелегкое и хлопотное, связанное с преодолением многих трудностей, как физических, так и эмоциональных.

Вот, что об этом говорит статистика, которая знает все:

• так стирка и глажка белья занимает в год 200 часов.

• чистка и сохранение одежды – 250 часов

Например, знающие люди утверждают, что:

• стирка белья приравнивается к работе тракториста.

• глажка белья – к работе каменщика.

• на работу по дому в течение дня, усилия забирают у домохозяйки энергию, равную энергии футболиста, сыгравшего два футбольных матча, или велосипедиста, в гонке на 80 километров.

Стирка является основным видом деятельности при ведении домашнего хозяйства. Искусство стирки в его нынешнем виде следовало бы назвать искусством программирования.

Если в доме есть хорошая стиральная машина, то её владельцу остается только внимательно прочесть приложенные инструкции, а потом выбрать программу, которая соответствует особенностям каждой отдельной стирки.

Традиционная ручная стирка значительно упростилась благодаря многочисленным стиральным средствам, имеющимся в продаже.

Стирка- это физико-химический процесс, при котором действуют химические факторы (за счет применения моющих средств), механические факторы (ручное или машинное воздействие на ткань), температуры и время. Целью исследований ученых является усиление в этом процессе влияния химического фактора и уменьшение доли других факторов – температуры и времени, а также снижение экономических затрат и сбережение здоровья человека за счет выбора оптимального моющего средства.

В течение многих столетий единственным стиральным средством было мыло.

Сейчас выпускают значительное количество синтетических стиральных препаратов. Большое распространение получили синтетические стиральные препараты для ручной и машинной стирки, изготовленные на основе не содержащих мыла вещества с добавлением активных составов.

Синтетические моющие средства (СМС) – это композиция, в состав которых входят различные органические и неорганические химические соединения. Сочетание компонентов позволяет получать синтетические моющие средства с разнообразными свойствами.

Ассортимент СМС, используемых в быту и технике, исключительно разнообразен, и каждый производитель рекламирует свой товар как самый лучший.

Основные требования к стиральному порошку:

• отличное качество стирки,

• удаление пятен,

• бережное отношение к ткани.

По телевизору много рекламы, которая предлагает нам различные виды стиральных средств, рекламируя их способность экономно, необыкновенно быстро, качественно, и без усилий отстирать различные виды загрязнений.

Цель нашей работы – проверить, насколько рекламные сообщения соответствуют истине, выявить самое качественное, безопасное и экономически выгодное СМС из тех, что продаются у нас в магазинах.

Этапы выполнения исследования

1 этап – по информации на упаковке установить химический состав выбранных нами 8 (см. приложение 1-2) самых употребляемых СМС и по литературным источникам определить назначение каждого компонента. Данные систематизировать в виде таблицы.

2 этап – определить некоторые характеристики моющих средств – определить насыпную плотность, рассчитать число машинных и ручных стирок в соответствии с рекомендациями на упаковке и стоимость каждой стирки. Данные систематизировать в виде таблицы

3 этап – провести эксперимент по удалению пятен различного происхождения с хлопчатобумажной ткани. Результаты работы предоставить в виде таблиц.

Первый этап исследования

Компоненты СМС и их назначение

Основу СМС составляют ПАВ (поверхностно активные вещества) – органические вещества, содержащие в молекулах одновременно две противоположные по свойствам группы: полярную (-СООН, -СООNa, - SO₃H, - SO₃Na, - ОН и др.) и неполярную (углеводородные радикалы, состоящие из 10-18 углеродных атомов). Полярные (гидрофильные) группы легко растворяются в воде, а неполярные (гидрофобные) отталкиваются от нее. Поэтому молекулы ПАВ на пограничной поверхности (например, на границе воды – воздух, вода – масло, вода – уголь и т.д.) располагаются в определенном порядке: гидрофильные группы направлены в воду и растворены в ней, а гидрофобные выталкиваются из неё. В результате вся поверхность воды покрывается своеобразным «частоколом» из молекул ПАВ, образующих слой толщиной около 0,1 нм. Такая водная поверхность обладает более низкой энергией, что связано с понижением поверхностного натяжения воды. Поверхностное натяжение сильно затрудняет процесс мытья и стирки, так как препятствует быстрому и полному смачиванию текстильных волокон или других загрязненных поверхностей. Таким образом, уменьшая поверхностное натяжение воды, мы увеличиваем её смачивающую способность. Поэтому главная задача всех ПАВ – понижать поверхностное натяжение жидкости, главным образом воды, в которой они растворены.

Молекулы ПАВ адсорбируются на поверхности ткани и на загрязненных ее частицах (жировые пятна, сажа и т.д.) и проникают в зазоры между ними.

Действие ПАВ при стирке схематически представлено в приложении 3.

Полностью покрытая такими молекулами частица отделяется от поверхности ткани и в виде эмульсии или суспензии уходит в раствор. ПАВ – хорошие пенообразователи и стабилизаторы эмульсии. Пене принадлежит важная роль: загрязненные частицы, прилипая к её пузырькам, удаляются вместе с ней из моющего раствора (см. приложение 4)

В настоящее время известно много различных ПАВ, входящих в состав СМС. По характеру гидрофильных и гидрофобных групп ПАВ можно разделить на три основных класса: анионоактивные, катионоактивные и неионоактивные.

Анионоактивные вещества при растворении в воде диссоциируют длинноцепочные анионы (они обеспечивают поверхностную активность раствора) и катионы, которые влияют на растворимость этих веществ в воде. Они окружают частицы жирной грязи как бы частоколом, причем отрицательные группы молекул направлены не к частицам грязи, а от них. Образующиеся при этом мицеллы отталкиваются друг от друга и переходят в моющий раствор, распределяясь по всему его объему.

Катионоактивные вещества при растворении в воде также диссоциируют на ионы, но носителем поверхностно-активных свойств является крупный катион.

Неионогенные вещества в водных растворах не диссоциируют на ионы, но их поверхностная активность создается самими электронейтральными молекулами, содержащими гидрофильные функциональные группы. Преимущество неионогенных ПАВ состоит в том, что они не образуют обильной пены и поэтому удобны для применения в стиральных машинах, кроме того они меньше загрязняют окружающую среду и пригодны для использования в жесткой воде.

Все СМС, в состав которых входят перечисленные выше ПАВ, хорошо моют в жесткой воде, так как образующиеся их кальциевые или магниевые соли являются растворимыми.

ПАВ небезопасны для окружающей среды. При попадании в воду природных водоемов они снижают поверхностное натяжение воды, образуют пену, препятствуют нормальному развитию фитопланктона, водорослей и других организмов.

Полифосфаты. Современные СМС содержат 20-50 % полифосфатов. Эти вещества прочно связывают ионы металлов, что важно для предотвращения накипи и устранения серого налета на белье, который обусловлен образованием труднорастворимых солей. Кроме того, полифосфаты усиливают действие ПАВ. Адсорбируясь на волокнах, молекулы полифосфатов отталкивают частички грязи с поверхности ткани и вследствие электростатического отталкивания способствуют их распределению в моющем растворе. Однако они имеют существенный недостаток – загрязняют окружающую среду. Продукты гидролиза полифосфатов накапливаются в сточных водах, а поскольку фосфор – необходимый элемент питания растений, то создается нежелательная концентрация этих питательных веществ, что приводит к бурному росту водорослей в природных водоемах.

Энзимы. Обычные моющие средства эмульгируют только жиры и присутствующие на них частицы грязи, а белковые вещества остатков пищи и крови при этом не удаляются. Более того, в горячей воде они вообще не растворяются. Для устранения подобных загрязнений в СМС добавляют ферменты (энзимы) – аналоги природных ферментов, например, таких, которые содержатся в желудке у человека. Для разрушения белковых загрязнений необходимы ферменты класса протеаз (от англ. protein – белок). Но большинство известных протеаз разлагаются в щелочной среде моющего раствора и не выдерживают высокой температуры при стирке, поэтому для СМС, содержащих энзимы, рекомендована температура стирки не выше 30-40⁰. Если на ткани нет белковых или жировых пятен, то совершенно не обязательно покупать дорогостоящие СМС с биодобавками. Порошки с биодобавками опасны для шелка и шерсти, так как эти ткани образованы белковыми веществами и могут разрушаться ферментами.

Отбеливатели. Отбеливатели делятся на химические, разрушающие особо упорные загрязнения чаще всего окислением, и оптические, не действующие на загрязнения, но обладающие свойством светиться под действием обычного или ультрафиолетового света. Оптические отбеливатели поглощают свет в ультрафиолетовой, не видимой глазу части, и излучают его в видимой – синей, что придает белью дополнительную белизну и яркость.

В современные СМС чаще всего добавляют перборат натрия NaBO₂ ^. Н₂О₂ ^. 3Н₂О, который обладает также антисептическим действием, так как при его гидролизе образуется гидроксид натрия, вызывающий осаждение клеточных белков.

Полимеры. Эти вещества в составе СМС чаще всего представлены карбоксиметилцеллюлозой. Они способны предотвращать ресорбцию – повторное оседание частиц грязи на ткань. Молекулы полимеров адсорбируются на грязи и очищенной ткани. Препятствуя укрупнению частиц и оседанию их на поверхности. В результате частицы грязи стабилизируются в растворе и удаляются вместе с ним.

Силикаты, в том числе цеолиты. Силикаты натрия и калия вводятся в состав порошка для дополнительной защиты стиральных машин от коррозии и как буферные вещества, благодаря которым рН растворов моющих средств практически не меняются при разбавлении водой и растворении загрязнений, имеющих кислоту или щелочную реакцию.

Силикаты, карбонаты и бикарбонаты натрия небезопасны для окружающей среды. Они нарушают рН природной воды и почвы (природная вода на планете характеризуется определенным значением рН – болотная-4, дождевая-6, морская-8,1), так как представляют собой буферные щелочные смеси с рН 10-12. При гидролизе этих соединений также образуется гидроксид натрия, вызывающий денатурацию белка.

Цеолиты – алюмосиликаты щелочных или щелочноземельных металлов отличаются строго регулярной структурой пор, если из пор удалить воду, они могут быть заполнены другими веществами.

Поликарбоксилаты вводятся в состав порошка как дополнительная защита от коррозии, физиологически инертны.

Сульфат натрия (Na₂SO₄)при содержании в составе СМС от 5 до 20% придает порошкам сыпучесть, предотвращает слеживаемость.

Отдушки добавляют практически во все СМС для придания им приятного запаха.

В приложении 5 приведена сравнительная таблица химического состава выбранных нами образцов СМС

Второй этап исследования

1. Определение насыпной плотности СМС

Определение насыпной плотности СМС (в соответствии с рекомендациями по применению СМС) рассчитывается по формуле:

р = m / V

Мерным цилиндром отмеряется 20мл средства и взвешивается на весах. Измерения проводятся 3 раза, определяется среднее арифметическое.

Данные исследования приведены в таблице в приложении 6.

2. Расчет количества ручных и машинных стирок.

Расчеты количества ручных и машинных стирок в соответствии с нормами расхода, указанными в инструкции на упаковке на 10л раствора при замачивании и ручной стирке и 24-30л – при машинной стирке.

Например: по рекомендации на упаковке р СМС «Персил», требуется 108 мл на 10 л воды, СМС 0,4694 г/мл, следовательно, 450-граммовой упаковки хватит на 450: (108^. 0,4694) = 450: 50,69 = 8,87 стирок.

Результаты расчетов приведены в таблице в приложении 7.

3. Расчет стоимости одной стирки.

Стоимость одной стирки рассчитывается как частное от деления цены порошка на количество стирок.

Например: 62 руб.: 8,87 стирок = 6,98 рублей – такова стоимость одной ручной стирки порошком «Персил»

Результаты расчетов приведены в таблице в приложении 8.

Третий этап исследования

Определение моющей способности СМС

При выборе стирального порошка надо различать вид стирки: ручная или в стиральной машине.

Для автоматических стиральных машин выпускаются порошки – «автоматы». При стирке они образуют очень мало пены, так как обильная пена может испортить стиральную машину. Почти все стиральные средства для машинной стирки содержат противопенные добавки.

А для ручных порошков пенообразование не нормировано, более того, считается, что чем выше и стабильнее пена, тем лучше. Чтобы определить пенообразование выбранных нами СМС, мы в равное количество воды добавили равное количество порошка. Результат смотреть в приложении 4 (фото)

На третьем этапе исследования мы проверим моющую способность порошков, для этого:

• образцы тканей с нанесенными на них загрязнениями различных типов погружаются в раствор моющего средства на 3 часа для замачивания,

• затем проводится ручная стирка,

• полоскание, сушка ,

• проверка качества удаления пятен.

Было исследовано 7 видов загрязнений: растительное масло, томатный сок, кофе, чай, помада для губ, бриллиантовый зеленый, фломастер.

Таблица оценки СМС в баллах по этому показателю (соответствует числу результативных опытов по удалению различных загрязнений) приведена в приложении 9.

Выводы

Лучшей моющей способностью обладает СМС «Сарма» (6 баллов), с его помощью удаляется наибольшее количество видов загрязнений. Кроме того, средство экономично из-за невысокой плотности (небольшой расход порошка) – стоимость ручной стирки составляет 6,34 руб., машинной – 4,50 руб. Это не самый дешевый порошок, но судя по качеству стирки, самый лучший.

На втором месте – СМС «Лоск» (3,5 балла), это средство плохо удаляет пятна губной помады, томатной пасты, подсолнечного масла, но имеет значительно больший расход. Стоимость ручной и машинной стирки соответственно 5,18 и 10,32 руб.

На третьем месте по моющей способности – порошки «Дени», «Персил», «Сорти» (3 балла) – самый дорогой порошок «Персил», у него наименьшее количество стирок, и они самые дорогие – ручная стирка 6,98руб., машинная – 20,94 руб.

Самое низкое качество из исследованных СМС – у порошков «Обычный» и «Миф» (1 балл), но СМС «Обычный», самый экономичный из всех исследованных СМС, так как у него наибольшее количество стирок, как ручных, так и машинных, и они самые дешевые

Хочется отметить и то, что СМС «Сарма» и «Обычный» не содержат хлора и добавок в виде гранул голубого цвета, поэтому ткань после стирок оставалась белой.

В других СМС цвет ткани изменился или из-за зеленки, или из-за добавок в виде гранул голубого цвета.

Хочется дать маленький совет:

• Прежде чем выбрать стиральный порошок, узнайте, какова жесткость воды в вашем районе. Только после этого можно определить, какие порции порошка можно использовать в соответствии с инструкциями для стирки.

Жесткость воды определяется содержанием в ней солей щелочноземельных металлов (кальция и магния). Такие сведения предоставляет водопроводная служба или местная санитарно-эпидемиологическая станция.

В зависимости от содержания солей природная вода подразделяется на несколько видов: очень мягкая, мягкая, умеренно жесткая и очень жесткая. В домашних условиях жесткую воду можно смягчить добавив в неё соду (в расчете на каждые 10 л воды 3,5 г соды). Самая мягкая вода – дождевая или снеговая. В ней лучше всего стирать.

На нашей территории вода очень жесткая, поэтому я рекомендую смягчать её или использовать большее количества порошка, хотя при использовании жесткой воды для стирки расходуется больше мыла и ухудшается качество стирки.

И в заключении хочется сказать, что не всегда реклама соответствует действительности, поэтому выбор остается за вами.

Итоговая таблица исследований приводится в приложении 10.

Литература

1. Артемьева А.И. Органическая химия и человек. –М., 2002.

2. Габриелян О.С., Остроумова И.Г. Химия. Пособие для подготовки к ЕГЭ и вступительным экзаменам в вузы.- М.: Дрофа, 2008

3. Михайлова И.А. Новая энциклопедия домашнего хозяйства – М.: Эксмо, 2008.

4. Паршикова В.Н. Товароведение и экспертиза бытовых химических товаров: Учеб. пособие.- М., 2005.

5. Химический энциклопедический словарь. – М., 1983.

6. Шпаковская Т.Л., Петров А.В., Маленькие секреты большой стирки. – М.: Химия, 1989.

ПРИЛОЖЕНИЕ

приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Действие ПАВ при стирке:

1 – прилипшая к поверхности частица (например, жир);

2 – адсорбция молекул ПАВ на этой частице;

3 – отрыв частицы от поверхности и переход её в моющий раствор;

4 – вынос частицы на поверхность раствора

Приложение 4

Приложение 5

Сравнительная таблица химического состава