Меню

Синтетические моющие средства не теряют моющих свойств в жесткой воде

Мыло плохо мылится в жесткой воде: правда ли это и почему?

Многие хозяйки наверняка замечали, что в жесткой воде моющие средства теряют свои типичные свойства – мыло становится неэффективным и как-то не хочет давать пену. Хорошо, если с этим явлением вы познакомились в качестве одноразового опыта, но ведь возможно и такое, что мылящие вещества не работают у вас дома, создавая огромные проблемы в процессе наведения порядка. Наша статья призвана не только помочь понять, почему так происходит, но и решить проблему.

Особенности жесткой воды

На практике даже не каждый человек понимает, что такое жесткая вода, ведь жидкость довольно редко бывает настолько плотной, чтобы это можно было почувствовать голыми руками. Каждому из нас главная питьевая жидкость Вселенной кажется мягкой, но если вы неоднократно бывали в других регионах или просто пробовали много разной бутилированной воды, то, вероятно, замечали, что не вся вода одинаково мягкая.

Причина этого довольно проста: в водной среде, как известно, могут растворяться многочисленные разновидности солей – мы их не видим, но их твердые частицы в составе воды присутствуют. Хлориды и сульфаты кальция и магния, а также гидрокарбонаты в значительном количестве вполне ощущаются если не на ощупь рукой, то во рту – такая вода не обволакивает мягко, а течет как-то туго, кажется более густой (это правда) и шершавой.

Жесткость – это не просто абстрактный показатель, а весьма важная характеристика той влаги, которую будет использовать человек. Пейте такую воду постоянно, и в почках рано или поздно накопится достаточно материала для образования камней, пищеварительной системе станет сложнее переваривать съеденное, может ухудшиться состояние кожи. Сантехника тоже будет не в восторге – соляные отложения появятся на внутренних стенках труб, а также покроют нагревательные элементы чайника или стиральной машины, выведя оборудование из строя. Ткань в результате стирки жесткой водой потеряет первоначальную нежность, поскольку будет «поцарапана» невидимыми твердыми частицами, станет выглядеть менее красиво. Как вы уже поняли, мыло перестанет мылиться – это далеко не выдумка, а научно доказанный факт.

Понимая вред жесткой воды, человечество придумало шкалу, оценивающую этот показатель. Единица измерения называется градусом жесткости, и чем меньше таких градусов, тем мягче жидкость. Мягкой в России считается та вода, у которой нет и 2-х градусов, а жесткой – вода, чья жесткость превышает 10 градусов. В других странах эти нормативы могут отличаться, но в целом в водопровод принято подавать воду средней жесткости – так влага перестает быть слишком опасной и не требует больших усилий по очистке.

Другое дело, если грунтовую жидкость вы забираете сами – тогда в трубы она будет попадать в том виде, в каком была в природе.

Почему средства утрачивают моющие свойства?

Образование пены в результате контакта мыла с водой – это химическая реакция. Брусок не просто «растворяется» – происходит распад калиевых и натриевых солей высших жирных кислот на натриевые ионы и анионы жирных кислот. Именно последние приводят к тому, что мыло пенится, а если образованную пену еще и потереть о загрязненную поверхность, то в результате взаимодействия большинство молекул условной «грязи» будут связаны с пеной и отмоются.

Если в школе вам была интересна химия, то вы наверняка понимаете, что изменение состава реагентов приводит к изменениям формулы получающихся веществ. Если вода используется без примесей или со сравнительно небольшим их количеством, то при стирке образуется то или иное количество пены, достаточное для эффективного удаления загрязнений. Но когда в дело активно вмешиваются посторонние соли, присутствующие в жидкости, любые действия стирающего средства оказываются бессмысленными – мыло плохо мылится и совершенно не стирает!

Логика происходящего предельно проста: полезные анионы жирных кислот, которые должны были захватывать загрязнения и удалять их с отмываемой поверхности, вместо этого связываются с магниевыми и кальциевыми катионами. Получившееся вещество оказывается весьма устойчивым и его довольно легко заметить невооруженным глазом – оно выглядит как характерные хлопья на поверхности воды, упорно не желающие в ней растворяться. В такой ситуации мыло не дает собственно мыльной пены, а только эти хлопья – соответственно, нечему захватывать жир, пыль, грязь и другие нежелательные вещества. Использование мыла становится непрактичным – оно тратится впустую, не принося никакой пользы.

Понятно, что это не работает по принципу выключателя – некоторая способность мыла пениться остается, просто интенсивность может падать или расти в зависимости от градуса жесткости задействованной влаги. Если вода достаточно жесткая, теоретически можно попытаться решить проблему вовлечением в процесс большего количества мыла, но это непрактично и во многих случаях просто не сработает – всю воду так не очистишь. Однако тем гражданам, кто должен использовать воду из скважины или источника, вне зависимости от своего отношения к уровню ее жесткости, приходится несладко, потому ученые придумали способы умягчения воды.

Собственно, именно благодаря умягчителям в водопроводе течет еще сравнительно нормальная жидкость.

Можно ли это исправить?

Понятие того, насколько жесткая та или иная вода, весьма относительно – например, российский документ СанПиН называет жесткой влагу с градусом от 10, но на сегодняшний день в мире это уже считается чрезмерно завышенным показателем. Строго говоря, для питья такая влага все еще годится, но вот бытовая техника выйдет из строя из-за накипи довольно быстро. Если хотите сохранить оборудование работоспособным на протяжении длительного времени, лучше использовать воду не жестче 3-х градусов, а это означает, что «нормальная» водопроводная вода тоже не подходит никак.

Читайте также:  Оптимакс дезинфицирующее средство срок годности рабочих растворов

Наиболее простым способом регулировки жесткости в сторону смягчения можно считать установку специальных ионообменных фильтров. Очищающим средством в них служит особая смола в гранулах, которая тоже способна вступать в химическую реакцию с солями магния и кальция. Благодаря такому взаимодействию эти соли изымаются из проточной влаги, заменяясь ионами натрия – уже куда более нейтральными и не «цепляющимися» к мылу. Со временем такая смола, конечно же, теряет первоначальные свойства, поскольку натрий из нее понемногу вымывается, однако восстановить их не так уж сложно – для этого используют соляные таблетки. В некоторых домохозяйствах для таких целей до сих пор используют даже обыкновенную поваренную соль, но вот она показывает не слишком высокую эффективность – для таблеток ее целенаправленно очищают от любых посторонних примесей.

Следует учитывать, что ионообменный фильтр не следует путать с фильтром обыкновенным – тем, что выполняет механическую очистку. Магниевые и кальциевые соли в жидкости растворяются до такой степени, что отдельные частицы невозможно увидеть невооруженным глазом – естественно, никакая сетка не способна их задержать.

В последние годы на рынке появилась альтернатива ионообменным системам – фильтры, функционирующие по принципу обратного осмоса. У них для фильтрования жидкости используется уже не сетка, а специальная мембрана, она кажется целостной и неспособной пропускать что-либо, однако на самом деле она вся покрыта мельчайшими порами, через которые проходит вода.

Тонкость производства таких мембран заключается в том, что поры специально делают того диаметра, который практически идеально равен диаметру молекулы воды – она меньше него совсем чуть-чуть и проходит в отверстие с трудом. У магниевой или кальциевой соли молекулы крупнее, потому в существующие ячейки они просто не могут пройти. Что же касается волокон, из которых составлена фильтрующая мембрана, то они, с одной стороны, довольно прочны, чтобы не рваться даже при серьезном напоре, с другой, не имеют свойства растягиваться, потому ячейки имеют стабильные размеры и гарантированно не пропустят то, чего в воде быть не должно.

Конечно, система обратного осмоса тоже не является вечной, поскольку мембрана, как и любое другое изобретение человечества, имеет собственный срок службы. Со временем ее волокна все-таки рвутся или растягиваются, но процесс увеличения жесткости будет постепенным – мыло не перестанет пениться в один миг. В ситуации, когда владельцы жилья видят, что вода становится все более жесткой и начинает вызывать сомнения относительно своей мягкости, они просто меняют картриджи с мембранами – и влага снова становится приемлемой по качеству!

По понятным причинам система обратного осмоса стоит дороже, потому все еще остается недостаточно распространенной в быту. У нее есть собственные недостатки – например, требование об обязательном напоре не ниже 2,8 атм. Кроме того, высокая плотность мембраны означает, что сквозь нее за минуту не проходит и стакана воды, потому фильтр обычно не продается и не устанавливается без накопительного бака.

Несмотря на некоторые неудобства, за этой системой будущее, поскольку она способна задерживать даже некоторые бактерии и вирусы.

Источник



Мыла, их свойства. Синтетические моющие средства

Омыление — это гидролиз сложных эфиров под действием щёлочи. При этом получается соль органической кислоты и спирт. Исторически это название пошло от процесса получения мыла — гидролиза жиров щёлоком, при котором получается смесь солей высших жирных кислот (собственно — мыло) и глицерин (трёхатомный спирт).
Соответственно омыление — это реакция сложного эфира со щелочью.

До изобретения мыла жир и грязь с кожи удаляли золой и мелким речным песком.Технология изготовления мыла из животных жиров складывалась на протяжении многих веков. Посмотрим, как можно приготовить мыло в химической лаборатории. Сначала составляется жировая смесь, которую расплавляют и омыляют – варят со щелочью. Для гидролиза жира в щелочной среде берется немного топленого свиного сала, около 10 мл этилового спирта и 10 мл раствора щелочи. Сюда же добавляют поваренную соль и нагревают полученную смесь. При этом образуются мыло и глицерин. Соль добавляют для осаждения глицерина и загрязнений. Также получают мыло в промышленности.

Читайте также:  Аламинол дезинфицирующее средство для парикмахерских

Состав мыла
Мыла – натриевые или калиевые соли высших карбоновых кислот (кислот, содержащих в своем составе более 10 атомов углерода), полученных в результате гидролиза жиров в щелочной среде (чаще всего из жиров, содержащих в составе стеариновую кислоту С17Н35СООН) — С17Н35СООNa – стеарат натрия.
Жир + щелочь = соли жирных кислот и глицерин.

Свойства мыла
Поверхностный слой дистиллированной воды находится в натянутом состоянии подобно упругой пленке. При добавлении мыла и некоторых других растворимых в воде веществ поверхностное натяжение воды уменьшается. Мыло и другие моющие вещества относят к поверхностно-активным веществам (ПАВ). Они уменьшают поверхностное натяжение воды, усиливая тем самым моющие свойства воды.

Молекулы, находящиеся на поверхности жидкости, имеют избыток потенциальной энергии и поэтому стремятся втянуться внутрь так, что при этом на поверхности остается минимальное количество молекул. За счет этого вдоль поверхности жидкости всегда действует сила, стремящаяся сократить поверхность. Это явление в физике получило название поверхностного натяжения жидкости.

Молекулы ПАВ на пограничной поверхности располагаются так, что гидрофильные группы карбоксильных анионов направлены в воду, а углеводородные гидрофобные выталкиваются из нее. В результате поверхность воды покрывается частоколом из молекул ПАВ. Такая водная поверхность имеет меньшее поверхностное натяжение, что способствует быстрому и полному смачиванию загрязненных поверхностей. Уменьшая поверхность натяжения воды, мы увеличиваем ее смачивающую способность.

Секрет очищающего действия мыла


СМС (синтетические моющие средства) – натриевые соли синтетических кислот (сульфокислот, сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты).
Рассмотрим свойства моющих веществ и сравним мыла и СМС (стирального порошка) . Для начала проверим, какая среда характерна для наших моющих средств. Как мы это сделаем?
С помощью индикаторов.
Будем использовать известные нам индикаторы – лакмус и фенолфталеин. При добавлении лакмуса в раствор мыла и в раствор СМС он приобретает синий цвет, а фенолфталеин – малиновый, то есть реакция среды щелочная.

А что происходит с мылом и СМС в жесткой воде? (понятно, почему мыловары не варят мыло на водопроводной воде, а используют отвары, дистиллированную воду, молоко и тд.)
Добавим в одну пробирку раствор мыла, а в другую раствор СМС, взболтаем их. Что вы наблюдаете? В эти же пробирки добавим хлорид кальция и взболтаем содержимое пробирок. Что вы наблюдаете теперь? Раствор СМС пенится, а в растворе мыла образуются нерастворимые соли:
17Н35СОО – + Са 2+ = Са(С17Н35СОО)2
А СМС образуют растворимые соли кальция, которые также обладают поверхностно-активными свойствами.
Использование чрезмерного количества этих средств приводит к загрязнению окружающей среды. Послушаем сообщение об экологических последствиях использования ПАВ.
Многие ПАВ трудно поддаются биологическому разложению. Поступая со сточными водами в реки и озера, они загрязняют окружающую среду. В результате образуются целые горы пены в канализационных трубах, реках, озерах, куда попадают промышленные и бытовые стоки. Использование некоторых ПАВ приводит к гибели всех живых обитателей в воде.

Почему раствор мыла, попадая в реку или озеро, быстро разлагается, а некоторые ПАВ нет? Дело в том, что мыла, полученные из жиров, содержат неразветвленные углеводородные цепи, которые разрушаются бактериями. В то же время в состав некоторых СМС входят алкилсульфаты или алкил(арил)сульфонаты с углеводородными цепями, имеющими разветвленное или ароматическое строение. Такие соединения бактерии «переварить» не могут. Поэтому при создании новых ПАВ необходимо учитывать не только их эффективность, но и способность к биологическому распаду – уничтожению некоторыми видами микроорганизмов.

Источник

Синтетические моющие средства не теряют моющих свойств в жесткой воде

Синтетические моющие средства (СМС¸ детергенты) – это жидкие, пастообразные и порошкообразные вещества, которые содержат поверхностно-активные вещества, а также другие органические и неорганические вещества, повышающие эффективность поверхностно-активных веществ.

Их производство основано на дешевой сырьевой базе – продуктах переработки нефти.

Синтетические моющие средства – натриевые соли синтетических кислот (сульфокислот — RSO3H), сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты — алкилсульфаты — ROSO2OН).

Синтетические моющие средства в основном состоят из алкилсульфатных солей натрия RO-SO2-ONa.

Как синтетическое мыло, так и мыло, получаемое из жиров, плохо моет в жесткой воде. Взаимодействуя с ионами кальция и магния, которые содержатся в жесткой воде, мыла образуют нерастворимые кальциевые и магниевые соли:

В результате этого мыло образует вместо пены пленку на поверхности воды и расходуется бесполезно.

Видеоопыт «Образование нерастворимых кальциевых солей жирных кислот»

Малорастворимые соли кальция и магния оседают на ткани, забивают поры, делают ткань грубой, менее эластичной, с плохой воздухо- и влагопроницаемостью. Такие ткани приобретают сероватый оттенок, а окраска становится блеклой. А осевшие на ткани известковые мыла приводят к снижению ее прочности.

Читайте также:  Чистящее средство для лифтов из нержавейки

Этого недостатка лишены синтетические моющие средства. Они характеризуются более высокой моющей способностью, доступностью сырья для их производства.

Алкилсульфаты — соли сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты. В общем виде образование таких солей можно изобразить уравнениями:

Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стиральных порошках

Распространенными синтетическими моющими средствами являются алкилбензолсульфонаты. Алкилбензолсульфонат натрия – основной компонент многих детергентов (стиральных порошков):

В отличие от нерастворимых стеаратов кальция и магния, которые образуются при стирке в жесткой воде и осаждаются на ткани, кальциевые и магниевые соли синтетических моющих средств растворимы в воде. Поэтому СМС моют как в мягкой, так и в жесткой воде, обладают высокой смачивающей способностью.

Расход СМС по сравнению с мылом гораздо меньше (около 25% мыла идет на связывание ионов кальция и магния).

Синтетические моющие средства высвобождают сотни тысяч тонн пищевого сырья – растительных масел и жиров.

Повсеместное использование СМС создает свои проблемы. СМС в отличие от мыла трудно поддаются биологическому разложению и, попадая со сточными водами в реки и озера, загрязняют окружающую среду и оказывают вредное воздействие на живые организмы.

Мыла, полученные из жиров, содержат неразветвленные углеводородные цепи, которые разрушаются бактериями. В то же время в состав некоторых СМС входят алкилсульфаты или алкил(арил)сульфонаты с углеводородными цепями, имеющими разветвленное или ароматическое строение. Такие соединения бактерии разрушить не могут.

Типичный стиральный порошок содержит приблизительно 70% синтетического моющего средства и около 30% неорганических фосфатов.

Фосфаты удаляют растворимые соли кальция. Но, эти фосфаты попадают в сточные воды. Загрязнение фосфатами рек, озер приводит к размножению зеленых и сине-зеленых водорослей (цветение воды), особенно в замкнутых водоемах. Зеленые растения поглощают кислород, содержащийся в воде, в результате чего происходит постепенная гибель водных растений и животных и их разложение.

Недостатки мыла и их устранение

1. Плохая моющая способность в жесткой воде, содержащей растворимые соли кальция и магния.

Взаимодействуя с ионами кальция и магния, которые содержатся в жесткой воде, мыла образуют нерастворимые кальциевые и магниевые соли. Для этого требуется большой расход мыла.

Способы устранения

В состав мыла вводят вещества-комплексообразователи, способствующие смягчению воды (натриевые соли этилендиамин-тетрауксусной кислоты – ЭДТА, ЭДТА-Na2, химическая формула — C10H14N2Na2O8

2. Мыло сушит кожу, способствует расщеплению кожного сала и его удалению, понижает защитную реакцию кожи (способствует проникновению болезнетворных бактерий).

В водных растворах мыло частично гидролизуется (взаимодействует с водой).

При этом образуется определенное количество щелочи, которая способствует расщеплению кожного сала и его удалению.

Калиевые соли высших карбоновых кислот (жидкое мыло) лучше растворяются в воде и поэтому обладают более сильным моющим действием.

Но в тоже время мыло оказывает вредное воздействие на кожу рук и тела.

Это связано с тем, что верхний тончайший слой кожи имеет слабокислую реакцию (рН =5,5) и за счет этого препятствует проникновению болезнетворных бактерий в более глубокие слои кожи.

Умывание мылом приводит к нарушению рН, (реакция становится слабощелочная), раскрываются поры кожи, что приводит к понижению естественной защитной реакции.

При слишком частом использовании мыла кожа сохнет, иногда воспаляется.

Способы устранения

Для уменьшения данного негативного воздействия в современные сорта мыла добавляют:

  • слабые кислоты (лимонная кислота, борная кислота, бензойная кислота и др.), которые нормализуют рН
  • глицерин, вазелиновое масло, пальмовое масло, кокосовое масло, диэтаноламиды кокосового и пальмового масел и т.д. для смягчения кожи и предотвращения попадания бактерий в поры кожи.

Эксперимент

Можно сравнить мыла и СМС (стиральный порошок) проверив с помощью индикаторов, какая среда характерна для наших моющих средств.

При добавлении лакмуса в раствор мыла и в раствор СМС он приобретает синий цвет, а фенолфталеин – малиновый, то есть реакция среды щелочная. Кстати, если моющее средство предназначено для стирки хлопчатобумажных тканей, то реакция среды должна быть щелочной, а если для шелковых и шерстяных тканей – нейтральной.

А что происходит с мылом и СМС в жесткой воде?

Добавим в одну пробирку раствор мыла, а в другую раствор СМС, взболтаем их. Что вы наблюдаете? В эти же пробирки добавим хлорид кальция и взболтаем содержимое пробирок. Что вы наблюдаете теперь? Раствор СМС пенится, а в растворе мыла образуются нерастворимые соли:

Источник