Физико-химические свойства водных растворов мыл

 

Многие свойства мыла обуславливаются особенностями его строения. Так выглядит развернутая молекула натриевого мыла стеариновой кислоты:

                

      н н н н н н н н н н н н н н н н н    о                                       

н – с – с – с – с – с – с – с – с – с – с – с – с – с – с – с – с – с -  с

      н н н н н н н н н н н н н н н н н    о – Nа

   

                                        

                                                                   R                            -                          СООNа

Левая часть уравновешена, неполярная                                                 Правая часть

гидрофобная, в воде не растворима, но                                                  не уравновешена,

растворима в маслах                                                                                  полярная, в воде

                                                                                                            растворима, т.е. гидрофильна

 

Можно представить, что молекула мыла имеет вид булавки, стержень – это радикал, а шляпка – это группа - СООNа. 

Состав водных растворов мыл довольно сложен. В нем присутствуют молекулы мыла, продукты его гидролиза: RСООН и NаОН, кислые мыла: RСООН * RСООNа, продукты частичной диссоциации мыла:    

RСОО^- Nа⁺ ), а также ассоциаты (агрегаты) или так называемые мицеллы мыла - ионные или молекулярные, которые образуются при увеличении концентрации раствора мыла.

В более концентрированных растворах образуются пластинчатые мицеллы. Итак, мыльный раствор содержит ряд компонентов, находящихся в равновесии друг с другом. В зависимости от концентрации раствора, природы мыла, температуры раствора равновесие смещается в ту или другую сторону.

     Концентрация раствора мыла, при которой происходит образование мицелл, называется критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). ККМ не постоянна. Она зависит от природы мыла, температуры раствора (> t > ККМ), наличия электролитов. 

Величина ККМ - один из важных показателей свойства мыл. Мыльные растворы  концентрацией ниже ККМ моющим действием не обладают. Оптимальная концентрация мыльных растворов 0,1 – 0,2 %, что значительно выше ККМ. При дальнейшем увеличении концентрации водного раствора мыла моющее действие не повышается.

 

В водных растворах молекулы мыла адсорбируются на границе раздела фаз вода – воздух, образуя ориентированные поверхностные слои. Углеводородная часть торчит из воды, а карбоксильная группа обращена в воду. Поверхность раздела вода – воздух заменяется поверхностью раздела: углеводород – воздух.

Это приводит к снижению поверхностного натяжения воды с 77,75 кН/м до 25 кН/м.

 

Вещества, способные образовывать на границе раздела фаз прочные адсорбционные слои и снижающие при этом поверхностное натяжение называются поверхностно – активными.

Именно поверхностная активность растворов мыл определяет их следующие свойства: способность к смачиванию гидрофобных поверхностей, способность стабилизировать эмульсии и пены, проявлять пептизирующие и солюбилизирующие свойства, т.е. свойства, которые лежат в основе моющих качеств водных растворов мыла. 

При смачивании между тканью и прилипшими к ней загрязнениями образуются хорошо гидратированные адсорбционные слои молекул мыла, возникает расклинивающее действие. Это приводит к ослаблению сил сцепления ткани с загрязнениями и облегчению их отрыва от ткани. Механическое воздействие этот эффект усиливает.

Пептизация.  Мыльный раствор проникает в тончайшие щели, трещинки загрязнений, расклинивает их (раздробляет) на мелкие части, которые быстро обволакиваются тонкой мыльной пленкой, легко удерживающей их в моющем растворе во взвешенном состоянии.

 Солюбилизация - это внедрение масла, жира в слои между гидрофобными   

концами молекул мыла в пластинчатых мицеллах с образованием  термо-

динамически устойчивых растворов (как бы происходит растворение жира  

в мыле).

Пенообразование. Образование пены в мыльном растворе основано на том же принципе. Пузырьки воздуха, попадающие в мыльный раствор при трении или встряхивании, оказываются заключенными в оболочку из мыльных молекул. Углеводородная часть (стержень) обращена внутрь пузырька, а короткая (шляпка) - в водный раствор. Образование прочной адсорбционной мыльной пленки приводит к снижению поверхностного натяжения воды на границе раздела жидкость – воздух, обеспечивает устойчивость пены.

Пена облегчает удерживание загрязнений прилипающих к поверхности тончайших мыльных пленок.

Наличие пены является показателем того, что в моющем растворе еще имеется некоторый запас неизрасходованного мыла. Пенообразование зависит от природы мыла, концентрации, температуры, рН растворов и пр.

 

НЕДОСТАТКИ МЫЛА

 

Способность к гидролизу в водных растворах и взаимодействие с солями, содержащимися в жесткой воде. Это соли Са, Мg, Fe. 

При растворении мыла в воде образуются нерастворимые кальциевые и магниевые соли ЖК.

2RCOONa + CaCl₂ ® (RCOONa)₂ ¯ + 2NaCl

  Эти соли не обладают моющим действием, представляют собой серовато-липкие  вещества, оседающие на ткани в виде загрязнений. Для их удаления необходимо увеличивать расход мыла.

Выстиранная в жесткой воде ткань становится грубой, менее эластичной, поры ее забиваются и хуже пропускают воздух, краски бледнеют, т.е. потребительские свойства ткани резко снижаются.