شوینده ها - جلسه دوم

اهداف جلسه:
·آشنایی با واکنش های شیمیایی تهیه صابون
·تفاوت مواد موجود در صابون جامد ومایع
 وسایل مورد نیاز:
· دسترسی به اینترنت
· پتاسیم هیدروکسید
·اتانول
·  روغن
· مایع
· رفلاکس
· نمک
·هیتر
·کاغذ صافی
· دستگاه تقطیر
 مقدمه:
 در این جلسه با واکنش های شیمیایی در تهیه صابون آشنا می شوید.
  می دانید ساختار یک مولکول صابون به صورت زیر است:
CH3 (CH2)nCOO-  X+ در صابون های جامد X یون سدیم و در صابون های مایع پتاسیم و آمونیوم می باشد.
در تهیه ی صابون ابتدا یون هیدروکسید باز به عنوان نوکلئوفیل (هسته دوست) به کربن گروه کربونیل حمله کرده، پس از خارج شدن یک مولکول الکل، آنیون اسید به صورت هیبرید رزونانس فوق، پایدار می گردد. الکل نقش حلال را دارد. مواد اولیه برای تولید صابون چربی (مولکول آلی و غیر قابل حل در آب) و باز (مانند سود که در آب انحلال پذیر است) می باشند. برای اینکه واکنش بین دو ماده ی اولیه ، یعنی چربی و باز، بهتر صورت گیرد باید از یک حلال استفاده کرد که هر دو ماده ی اولیه را در خود حل نماید. الکل بسیار مفید است زیرا الکل مانند C2H5OH دارای یک سر هیدروکربنی و یک سر قطبی است و می تواند هر دو ماده ی اولیه را در خود حل کرده و درنتیجه واکنش بین ان دو سریعتر و کاملتر انجام گیرد.افزایش نمک به دو علت انجام می شود. یکی اینکه یون سدیم به اندازه ی کافی در محیط باشد تا تمام هیدروژن های اسیدی بتواند با یون سدیم جایگزین شود.محلول اشباع سدیم کلرید اضافه می شود تا طبق اصل لوشاتلیه کاتیون های کافی برای انجام واکنش صابونی شدن فراهم باشد و از تعویض یونها اطمینان حاصل شود.
دوم برای جداسازی گلیسیرین است. صابون حاصل به شدت بوی چربی می دهد. زیرا صابون حاصل دارای مقدار زیادی گلیسیرین است، چنانچه بخواهند گلیسیرین آن را جدا کنند، قبل از ریختن در قالب، صابون را به مدت 24 ساعت در محلول اشباع شده نمک طعام قرار می دهند، سپس قرص صابون را از درون ظرف خارج کرده و پس از شستن به قطعات کوچک تقسیم نموده، در هوا خشک می کنند.
عمل هیدرولیز چربی یا روغن را اصطلاحا صابونی کردن می نامند. برای این کار، چربی (a) را با محلول سود حرارت می دهند،در نتیجه گلیسرین (b) و مخلوطی از نمک سدیم اسیدهای چرب (c) مطابق واکنش زیر حاصل می شود:
   چربی ها و روغن های طبیعی استر اسیدهای آلیفاتیک یک ظرفیتی با تعداد اتم های کربن زوج و گلیسرین می باشند که آنها را گلیسرید نیز می نامند. چربی ها و روغن ها به طور کلی دارای ساختمان (a) می باشند. چربی ها جامد و روغنها مایع می باشند. نقطه ذوب چربی ها بالاتر از نقطه ذوب روغن ها است. این اختلاف بستگی به نوع و مقدار اسید مربوطه دارد. هرچه مقدار اسیدهای اشباع نشده در ساختمان یک چربی بیشتر باشد، نقطه ذوب پایین تری دارد. اگر چربی تنها از اسیدهای اشباع شده تشکیل شده باشد مانند پیه گوسفند و غیره نقطه ذوب بالا خواهد داشت.

روغن های نباتی مانند روغن زیتون، خرما، نارگیل و کرچک علاوه بر این که دارای اسیدهای چرب (اولئیک، استئاریک و پالمیتیک) هستند، اسیدهای اشباع نشده با چند پیوند دوگانه مانند اسید لینولئیک به فرمول زیر نیز در ساختمان آنها شرکت می کنند.
مکانیزم عمل هیدرولیز استر را در محیط بازی میتوان به صورت زیر نوشت:
ابتدا یون هیدروکسید به عنوان نوکلئوفیل (هسته دوست) به کربن گروه کربونیل حمله کرده، پس از خارج شدن یک مولکول الکل، آنیون اسید به صورت هیبرید رزونانس فوق، پایدار می گردد.
در آب های سخت، سدیم صابون با کلسیم جایگزین شده و صابون کلسیمی در آب به صورت رسوب در  می آید. نمک های کلسیم اسید چرب غیر محلول اند.
چون در آب سخت به مقدار قابل ملاحظه ای از نمک های فلزات قلیایی خاکی مانند کلسیم و منیزیم وجود دارد، صابون خاصیت پاک کنندگی خود را از دست می دهد.
برای اینکه سود یا پتاس با چربی واکنش دهد، الکل اضافه می کنیم. چون چربی در آب حل نمی شود. الکل یک محیط یکنواخت فراهم می کند که هم سود و هم چربی در آب حل شده و با هم واکنش دهند.
طرز تهیه صابون مایع خانگی با استفاده از باقی مانده های صابون ها
از این به بعد سعی کنید که صابون های کوچک که دیگر کارایی ندارند را جمع کنید و استفاده ای مفید از آنها داشته باشید.
بطری خالی مخصوص صابون مایع را تهیه کنید خوب بشویید و بگذارید تا خشک شود.
ابتدا صابون های کوچک و یا غیر قابل استفاده را یکجا جمع کنید و سپس آنها را رنده کنید.
صابونهای رنده شده را درون بطری صابون بریزید.
چند قطره آب لیموی تازه درون بطری بریزید.
به اندازه درب بطری گلیسیرین، گلیسیرین را اضافه کنید.
درون بطری را از آب داغ پر کنید. ( چون آب داغ باعث ذوب شدن بطری پلاستیکی می شود لذا آب داغ را به تدریج اضافه کنید و یا حتی می توانید آب خنک هم بریزید)
درب بطری را ببندید. و آن را به مدت چند روز کناری بگذارید تا به مرور صابون ها درون آب حل شوند.
بعد از گذشت چند روز بطری صابون را خوب تکان دهید. اکنون صابون مایع شما آماده و قابل استفاده است.
صابون مایع بیشتر برای دستشویی استفاده می شود. با توجه به اینکه صابونهای جامد در مکان های پرجمعیت و بزرگ مثل ادارات، مدارس، دانشگاه ها و مکان های از این قبیل از نظر رعایت اصول بهداشتی مناسب نیستند لذا در این مکان ها ترجیح داده می شود که از صابون مایع استفاده شود. بنابراین با توجه به اینکه صابون مایع در جاهای مختلفی استفاده می شود لذا بر مصرف آن روزبه روز افزوده می شود.
با توجه به اینکه صابون مایع عمدتا برای شستشو مورد استفاده قرار می گیرد لذا تنها موادی جایگزین این محصول می توانند بشوند که به عنوان شوینده مورد استفاده قرار می گیرند. با توجه به اینکه صابون مایع بعد از صابون جامد تولید شده است می توان گفت که صابون مایع جایگزین صابون جامد می باشد. لازم به توضیح است که صابون جامد می تواند به جای صابون مایع مورد استفاده قرار گیرد ولی جایگزین آن نیست.
با دلیل سهولت تولید صابون مایع بسیار راحت می باشد و در اکثر نقاط دنیا قابل تولید می باشد لذا اکثر کشورها تولید کننده این محصول می باشند. اکثر کشورهای دنیا نیاز خود را خودشان تولید می کنند.لازم به ذکر است که ماده اولیه این محصول براحتی قابل حمل و نقل می باشد و بهمین علت اکثر کشورها قادر به تولید صابون مایع هستند.
روش کار
1-یک بشر 250 سی سی بردارید و داخل آن 50 سی سی روغن مایع بریزید.
2- روغن را کمی حرارت دهید تا گرم شود سپس به آن 40 سی سی اتانول و 3 گرم پتاسیم هیدروکسید بریزید و به مدت نیم ساعت رفلاکس کنید.
3-پس از اتمام این مدت چند قطره از مخلوط را در مقدار کمی آب حل کنید که اگر قطره روغنی روی آب قرار نگرفت واکنش پایان یافته و اگر روغن در سطح آب مشاهده شد عمل رفلاکس را به مدت 15 دقیقه دیگر ادامه دهید.
4-سپس الکل موجود در مخلوط را به وسیله تقطیر ساده جدا کنید و ماده باقیمانده در بالن را در 75 سی سی آب مقطر گرم حل کنید.
5-دقت کنید که حتما الکل موجود در بالن از مخلوط خارج شود سپس آزمایش زیر را انجام دهید.
الف) مقدار 25 میلی لیتر محلول به دست آمده را به 25 میلی لیتر آب نمک اشباع به آهستگی اضافه کنید مخلوط را صاف کرده و ماده جامد که صابون می باشد روی کاغذ صافی میماند. آنرا با آب نمک اشباع بشوئید و صابون را در روی یک ظرف شیشه ای پهن کنید.
ب) مقدار 10 میلی لیتر آب شهر را با 10 میلی لیتر محلول صابون مخلوط کرده تکان دهید و نتیجه را گزارش کنید.
در برخی موارد به جای این روغن‌ها ، طی عملیاتی اسیدهای چرب آنها را استخراج و در صابون استفاده می کنند. روغن نارگیل از مدتها پیش حایز اهمیت بوده است. صابون روغن نارگیل سخت است و بخوبی کف می‌کند. این روغن حاوی نسبت های زیادی از گلیسریدهای بسیار مطلوب اسید لاریک و اسید میرسیتیک است.
برای خوشبو شدن صابون عطر و رنگ دلخواه نیز اضافه می کنند.
اسید لاریک نوعی اسید چرب که از روغن نارگیل و سایر چربی‌های گیاهی به‌دست می‌آید. این اسید عملاً در آب غیرقابل حل است ، ولی در الکل ، کلروفرم و اتر قابل حل است. به‌عنوان عامل چرب‌کننده ، اتصال دهنده و ضد کف مصرف می‌شود.
سوالات
1- تاثیر آب مقطر و آب شهری را با هم مقایسه کنید.
2- صابون به دست آمده در این آزمایش مایع است یا جامد؟

شما عزیزان می توانید برای انجام این پروژه به طرح درس های ذیل مراجعه فرمایید:
شوینده ها، جلسه اول
شوینده ها، جلسه دوم
شوینده ها، جلسه سوم
شوینده ها، جلسه چهارم
شوینده ها، جلسه پنجم
شوینده ها، جلسه ششم
شوینده ها، جلسه هفتم
شوینده ها، جلسه هشتم
شوینده ها، جلسه نهم
شوینده ها، جلسه دهم
شوینده ها، جلسه یازدهم


بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان
- تهیه: مینا رزقی و شایان فروزنده دل
تنظیم: محبوبه همت