Производство мыла

СВОЙСТВА МЫЛА

Строение мыла. Развернутая формула строения натриевых и калиевых мыл показывает, что они состоят из двух неравных ча­стей. Левая — их длинная часть — состоит из углеводородных групп, вокруг которых нет электрического поля; правая же—-ко­роткая часть (—COONa или —COOK), содержащая карбоксиль­ную группу, создает вокруг себя электрическое поле. Ниже приведена развернутая структурная формула строения натриевого, мыла стеариновой кислоты:

Ннн нн ннн нн нн ннн нн

М I I I I I I I I I I I I I I I X°Ns ннн НН нннннннннннн

Аналогичное строение имеют мыла других жирных кислот.

Левая часть молекулы мыла называется неполярной (не несет электрического заряда), правая — полярной (несет электрический заряд). Каждая из этих частей характеризуется своими свой­ствами.

Полярные вещества хорошо растворяются в воде и различных водных растворах; неполярные вещества в воде нерастворимы, но хорошо растворяются в жирах, маслах и других неполярных ве­ществах, в том числе и в воздухе. Особенности строения мыла обусловливают его многие свойства, в том числе моющее действие.

Растворимость мыла. Мыла щелочных металлов хорошо раст­воряются в воде: калиевые мыла растворяются быстрее, чем натриевые. Мыла низкомолекулярных жирных кислот растворяют­ся легче высокомолекулярных; в присутствии мыл из низкомоле­кулярных кислот улучшается растворимость высокомолекулярных. При одинаковом числе углеродных атомов в молекуле мыла нена­сыщенных жирных кислот растворяются лучше мыл из насыщен­ных кислот. С повышением температуры растворимость всех мыл увеличивается.

Диссоциация — обратимое разложение молекул на более простые молекулы, атомы, атомные группы или ионы. Принято считать, что в сильно разбавленных растворах мыло находится в состоянии истинного раствора. При этом часть его диссоциирует (распадается) электролитически, давая катион металла и анион жирной кислоты по уравнению

RCOONa RCOO~ + Na+.

Степень диссоциации мыла можно изменять. Если из раствора удалять один из ионов или понижать концентрацию их, то диссо­циация будет продолжаться и все новые молекулы вещества будут

Распадаться на ионы. Наоборот, если повысить концентрацию раствора мыла или ввести в этот раствор некоторое количество вещества, например едкой щелочи или поваренной соли, дающего ионы сильного основания, то диссоциация будет снижаться.

Г и д р о л и з — реакция обменного разложения между различ­ными веществами и водой. Мыло как соль сильного основания и слабой кислоты в водном растворе подвергается гидролизу, т. е. взаимодействует с водой, распадаясь на жирную кислоту и сво­бодную щелочь по уравнению

ЯСОСЖа + Н20 ИСООН + №ОН.

Гидролиз мыльных растворов увеличивается с понижением концентрации растворов, повышением молекулярной массы жир­ных кислот и повышением температуры раствора. Мыла ненасы­щенных кислот гидролизуются несколько меньше, чем насыщенных. Мыла смоляных кислот подвергаются гидролизу сильнее, чем мыла жирных кислот.

Образующиеся в результате гидролиза молекулы жирных кис­лот могут взаимодействовать с негидролизованным мылом, обра­зуя кислые мыла по уравнению

ЯСООН + ИСОСЖа ИСООН • КСООМа.

Получающиеся при этом кислые мыла насыщенных высокомо­лекулярных жирных кислот в разбавленных мыльных растворах и в воде нерастворимы, они представляют собой тонкодисперсные взвеси (суспензии). Кислые мыла ненасыщенных жирных кислот при повышенной температуре в мыльных растворах частично рас­творяются.

Ассоциация молекул — соединение нескольких молекул одного и того же вещества в одну частицу. В более концентриро­ванных мыльных растворах молекулы мыла начинают ассоцииро­ваться (соединяться), образуя сначала пары молекул, связанные межмолекулярным притяжением групп —СОО№, а затем — более крупные ассоциаты, называемые мицеллами.

Таким образом, в зависимости от концентрации мыльного ра­створа в нем может находиться значительное количество разных компонентов: растворенные в воде недиссоциированные молекулы мыла, ассоциированные молекулы мыла (мицеллы), диссоцииро­ванные молекулы мыла — анионы и катионы, ассоциированные анионы, кислые мыла.

Между этими компонентами устанавливается равновесие, ко­торое зависит от природы жира, концентрации раствора, темпе­ратуры, наличия других электролитов и т. д.

Способность мыльных растворов к диссоциации, гидролизу и ассоциации обусловливает их сложный химический состав. Слож­ный состав мыльных растворов определяет их свойства, благодаря которым они отнесены к коллоидным электролитам, т. е. к таким водным растворам, которые ведут себя как электролиты (проводят электрический ток) и наряду с этим обладают некоторыми свой­ствами коллоидов.

Моющее действие мыла. Как известно, главное свойство всех видов мыла заключается в их способности образовывать водные растворы, которые отмывают различные загрязнения на коже, волосах, разных тканях, на стекле, металле, дереве и на других предметах. Эти водные растворы способны отделять загрязнения •от поверхности, переводить их в раствор и удерживать в нем, не давая обратно оседать на очищаемую поверхность. Моющее дей­ствие мыльных растворов сопровождается довольно сложными •физико-химическими процессами, которые обусловлены строением мыла.

Одним из важных свойств этих растворов является их способ­ность понижать поверхностное натяжение на границе с жирами, твердыми телами, воздухом и другими не смешивающимися с во­дой веществами. По этому признаку раствор мыла в воде относят к поверхностно-активным веществам. Чем выше поверхностная .активность водных растворов мыла, тем больше они понижают натяжение в поверхностном слое, тем выше моющее действие мыла.

Как уже известно, молекула мыла состоит из двух неравных частей — полярной и неполярной. При растворении в воде мыло своей полярной карбоксильной группой погружается в водный раствор, в то время как неполярная углеводородная группа из воды выталкивается. Если в водный раствор мыла попадает ка­пелька жира, масла или другого неполярного вещества, то угле­водородная часть растворится в нем, в то время как карбоксил застревает в воде.

Таким образом, мыло связывает водный раствор с нераствори­мыми в нем жировыми и жироподобными веществами. Это можно себе представить так, что молекула мыла является булавкой, шляпка которой находится в водном растворе, а острие—-в ка­пельке масла. Так как в растворе находится большое количество молекул мыла, то они образуют вокруг капельки жира сплошной «частокол» в виде довольно прочной упругой пленки, удерживаю­щей капельку в водном растворе. Схематично этот процесс пока­зан на рис. 2.

Благодаря своей высокой поверхностной активности водные растворы мыла хорошо растекаются по поверхности ткани, погру­женной в мыльную воду, и хорошо ею впитываются. При этом молекулы мыла обычно погружаются в ткань своей длинной углеводородной частью, а короткая часть — карбоксил как бы «торчит» наружу. В это время между тканью и прилипшими к ней загрязнениями образуются тончайшие пленочки, которые ослаб­ляют силы сцепления ткани с загрязнениями и облегчают отрыв загрязнений от ткани.

Схематично процесс смачивания ткани, отрыв загрязнений с поверхности и удерживание их в водном растворе мыла представ­лен на рис. 3.

Пена, образующаяся в моющем растворе, облегчает удержива­ние отмываемых загрязнений, которые прилипают к поверхности тончайших мыльных пленок, окружающих воздушные пузырьки. Наличие пены является также показателем того, что в моющем растворе еще имеется некоторый запас неизрасходованного мыла.

Рис. 3. Схематичное изображение моющего процесса:

I—молекулы мыла адсорбируются на твердой грязевой частице и отмываемой поверхности; //—молекулы мыла отде­ляют грязевую частицу от отмываемой по­верхности; Ш — твердая грязевая частица в моющем растворе; А — молекулы мыла адсорбируются на поверхности твердой грязевой частицы; Б — молекулы мыла, адсорбируясь на поверхности жидкой гря­зевой частицы, своими концами втор­гаются внутрь грязевой частицы.

Моющая способность мыла проявляется при сравнительно низ­ких концентрациях его водных растворов (порядка 0,1—0,2% в пересчете на жирные кислоты). На результат моющего действия существенное влияние оказывают следующие факторы: состав жирных кислот, из которых сварено мыло, характер очищаемой поверхности и интенсивность загрязнения, температура при мытье, жесткость воды, характер механического воздействия на очищае­мую поверхность и др.

Недостатки мыла. Отличительной особенностью мыла является его сравнительная универсальность при мытье, стирке и чистке.

К его потребительским недостаткам следует отнести чувстви­тельность к качеству воды. В жесткой воде жировое мыло плохо моет, образует липкий осадок. Расход его на мытье и стирку увеличивается. Вредное действие солей жесткости не ограничи­вается только перерасходом мыла. Если на ткани остаются кальциевые или магниевые мыла, то она быстрее изнашивается ввиду ускорения окисления ее кислородом воздуха. Выстиранная

В жёсткой воде ткань становится грубой, менее эластичной, поры ее забиваются и хуже пропускают воздух, краски становятся блек­лыми, и в конечном счете свойства ткани резко снижаются. При мытье головы мылом в жесткой воде волосы склеиваются.

Для борьбы с отрицательным действием солей жесткости воды рекомендуется их предварительно удалять. Для этого воду можно умягчить, применяя специальные порошки, содержащие фосфор­ные соли, кальцинированную соду, силикат натрия и некоторые другие добавки.

Недостатком жирового мыла является и то, что при растворе­нии его в воде выделяется (в результате гидролиза) некоторое незначительное количество свободной едкой щелочи. Щелочь без­вредна для хлопчатобумажных и льняных тканей, но не допускает­ся при стирке шелковых, шерстяных и многих синтетических тканей.

Несмотря на имеющиеся недостатки, мыло является весьма эффективным и универсальным видом моющих средств, особенно для ухода за телом и в ряде других случаев.