Giặt rửa, xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp (Lớp 12)

Chất giặt rửa tổng hợp là các chất được tổng hợp hóa học, có tác dụng giặt rửa như xà phòng nhưng không phải muối sodium, potassium của các acid béo. Những chất này thường là muối sodium alkylsulfate hoặc alkylbenzene sulfonate.

•   Các muối CH₃[CH₂]₁₄COONa và CH₃[CH₂]₁₀CH₂OSO₃Na là thành phần chính của chất giặt rửa tổng hợp.           

• Thành phần chính của chất giặt rửa tổng hợp điển hình là các muối: CH₃[CH₂]₁₀CH₂OSO₃Na hoặc CH₃[CH₂]₁₁ –

  C₆H₄ – SO₃Na.

• Saponin trong bồ hòn và quả bồ kết là chất giặt rửa tự nhiên. Khi tiếp xúc với nước, saponin tạo ra lớp bọt nhẹ tương tự xà phòng.       

• Cấu tạo chung của xà phòng và chất giặt rửa phổ biến gồm hai phần: phần ưa nước và phần kị nước. Trong đó phần ưa nước của xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp là các gốc hydrocarbon mạch dài (R); phần này tan nhiều trong nước. 

Xà phòng là hỗn hợp muối sodium và potassium của các acid béo và các chất phụ gia. Thành phần chủ yếu của xà phòng thường là muối sodium của palmitic acid hoặc stearic acid.

• Công thức của sodium palmitate và sodium stearate lần lượt là: C₁₅H₃₁COONa và C₁₇H₃₃COONa.

• a.  Muối của acid béo được cấu tạo gồm một phần ưa nước nối với một phần kị nước. Phần ưa nước (tan được trong nước) là nhóm carboxylate –COO^–; phần kị nước (không tan trong nước) là các gốc hydrocarbon mạch dài, như

  C₁₅H₃₁–, C₁₇H₃₅–,…

• Phần kị nước (muối của acid béo) không tan trong nước và các dung môi hữu cơ.

• a.  Phân tử xà phòng có khả năng xâm nhập vào vết bẩn dầu mỡ nhờ gốc ưa nước (–COO^–). Kết quả là các phân tử dầu mỡ bị xà phòng cuốn khỏi vết bẩn. 

Xà phòng là hỗn hợp muối sodium hoặc potassium của acid béo và một số chất phụ gia. Chất giặt rửa tổng hợp có tính năng giặt rửa tương tự xà phòng. Chất giặt rửa tổng hợp thường là các muối sodium alkyl sulfate, sodim alkylbenzene sulfonate,…

• a.  Cấu tạo của xà phòng và chất giặt rửa phổ biến gồm hai phần: Phần phân cực (‘‘đầu’’ ưa nước) và phần không phân cực (‘‘đuôi’’ kị nước).      

• a.  CH₃[CH₂]₁₆COONa là xà phòng; CH₃[CH₂]₁₀CH₂OSO₃Na là chất giặt rửa tổng hợp.         

• a.  Xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp được sản xuất bằng cách đun chất béo với dung dịch NaOH đặc hoặc KOH đặc (phản ứng xà phòng hóa).      

• a.  Có thể dùng xà phòng giặt rửa trong nước cứng (chứa nhiều ion Ca²⁺, Mg²⁺) do muối của các kim loại này với acid béo tan nhiều trong nước.  

Cấu tạo chung của xà phòng và chất giặt rửa phổ biến gồm hai phần: phần ưa nước và phần kị nước. Trong đó phần ưa nước: là nhóm carboxylate (của xà phòng) hoặc nhóm sulfate, sulfonate (chất giặt rửa tổng hợp); phần kị nước: là các gốc hydrocarbon mạch dài (R).

• a)  Chất giặt rửa tổng hợp sodium laurylsulfate (CH₃[CH₂]₁₀CH₂OSO₃Na), phần ưa nước là CH₃[CH₂]₁₀CH₂–; phần kị nước là –OSO₃Na.       

• a)  Xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp tan nhiều trong nước do có phần kị nước là các gốc hydrocarbon mạch dài R

  (tan trong nước).          

• Sodium acetate có tác dụng giặt rửa như xà phòng.           

• a)  Khi xà phòng (chất giặt rửa tổng hợp) tan vào nước, đuôi kị nước trong xà phòng (chất giặt rửa tổng hợp) thâm nhập vào vết bẩn, phân chia vết bẩn thành những hạt rất nhỏ có phần ưa nước quay ra ngoài, các hạt này phân tán vào nước và bị rửa trôi.  

Thành phần chính của chất giặt rửa tổng hợp điển hình là các muối: CH3[CH2]10CH2OSO3Na (1) hoặc CH3[CH2]11–C6H4–SO3Na (2). Chọn các phát biểu đúng.

•   Chất giặt rửa tổng hợp được sản xuất từ paraffin dầu mỏ theo sơ đồ như sau: 

  Dầu mỏ → [R – SO₃H; R – OSO₃H] → [R – SO₃Na; R – OSO₃Na].

• Phần ưa nước trong (1) và (2) lần lượt là –OSO3Na và –SO3Na.

• Chất giặt rửa tổng hợp có ưu điểm dùng tốt trong nước cứng vì không bị kết tủa bởi Ca2+, Mg2+; giá thành rẻ.

• Các chất giặt rửa tổng hợp có gốc hydrocarbon phân nhánh hoặc chứa vòng benzene ít gây ô nhiễm môi trường do bị vi sinh vật phân hủy.

Khi cho một ít mỡ lợn (sau khi rán, giả sử là tristearin) vào bát sứ đựng dung dịch NaOH, sau đó đun nóng và khuấy đều hỗn hợp một thời gian. Quan sát hiện tượng của phản ứng xảy ra.

• Công thức của tristearin là: (C₁₇H₃₃COO)₃C₃H₅.

• Khi khuấy đều và đun sôi hỗn hợp một thời gian thì thu được hỗn hợp đồng nhất

• Sản phẩm của phản ứng trên là stearic acid và glycerol.

• a.  Sau khi phản ứng kết thúc, thêm vào dung dịch NaCl bão hòa, thấy hỗn hợp tách thành hai lớp: phía trên là chất rắn màu trắng là sodium stearate.   

Tiến hành thí nghiệm theo các bước sau:

Bước 1: Cho khoảng 2 gam chất béo và khoảng 4 mL dung dịch NaOH 40% vào bát sứ. Đun hỗn hợp trong khoảng 10 phút và liên tục khuấy bằng đũa thuỷ tinh. Nếu thể tích nước giảm cần bổ sung thêm nước.

Bước 2: Kết thúc phản ứng đổ hỗn hợp vào cốc thuỷ tinh chứa khoảng 30 mL dung dịch NaCl bão hoà, khuấy nhẹ.

Để nguội hỗn hợp. Quan sát hiện tượng của phản ứng xảy ra.

• Sau bước 2 xuất hiện lớp chất rắn màu trắng chứa muối sodium của acid béo nổi lên.

• Vai trò của dung dịch NaCl bão hòa ở bước 2 là để tách muối sodium của acid béo ra khỏi hỗn hợp.

• Ở bước 1, nếu thay mỡ lợn bằng dầu nhớt thì hiện tượng thí nghiệm sau bước 2 vẫn xảy ra tương tự.           

• Trong công nghiệp, quy trình thí nghiệm trên được ứng dụng để sản xuất xà phòng và glycerol.

: Trong công nghiệp, để sản xuất xà phòng, người ta thường đun chất béo (mỡ động vật, dầu thực vật) với

to dung dịch kiềm đặc ở nhiệt độ cao:  (RCOO)₃C₃H₅ + 3NaOH --> 3RCOONa + C₃H₅(OH)₃

• Thành phần chủ yếu muối RCOONa là sodium palmitate và sodium stearate.                  

• Để tách hỗn hợp muối của các acid béo, người ta cho vào hỗn hợp sản phẩm dung dịch muối NaCl bảo hòa, các muối của acid béo nổi lên.       

• Trong phòng thí nghiệm, để điều chế lượng nhỏ xà phòng, người ta có thể đựng hỗn hợp chất béo và NaOH vào bát nhôm (hoặc xoong nhôm) để làm thí nghiệm.   

• Xà phòng còn được sản xuất từ dầu mỏ theo sơ đồ: Alkane --> acid béo --> muối sodium/potassium của acid béo.

Hoá chất: Chất béo mỡ động vật, dung dịch NaOH 40%, dung dịch NaCl bão hoà.

Dụng cụ: bát sứ, cốc thuỷ tinh, đũa thuỷ tinh, kiềng sắt, đèn cồn.

Tiến hành:

                  Cho khoảng 2 g chất béo và khoảng 4 mL dung dịch NaOH 40% vào bát sứ. Đun hỗn hợp trong khoảng 10 phút và liên tục khuấy bằng đũa thuỷ tinh. Nếu thể tích nước giảm cần bổ sung thêm nước.

                Kết thúc phản ứng, đổ hỗn hợp vào cốc thuỷ tinh chứa khoảng 30 mL dung dịch NaCl bão hoà, khuấy nhẹ. Để nguội hỗn hợp, tách lấy khối xà phòng nổi lên ở trên.

• Phản ứng xà phòng hoá chất béo là phản ứng thuận nghịch

• a)  Phải dùng đũa thủy tinh khuấy đều hỗn hợp trong bát sứ để phản ứng xảy ra nhanh hơn; có cho thêm vài giọt nước để hỗn hợp không cạn đi (thể tích không đổi) thì phản ứng mới thực hiện được.

• a)  Việc thêm NaCl bão hòa để tách xà phòng ra khỏi glycerol do xà phòng tan nhiều trong NaCl bão hòa và nhẹ hơn nên nổi lên trên.

• a)  Từ 0,6 tấn chất béo chứa 89% khối lượng tristearin (còn 11% tạp chất trơ bị loại bỏ trong quá trình nấu xà phòng) để sản xuất được m tấn xà phòng chứa 72% khối lượng sodium stearate. Từ m tấn xà phòng đó có thể sản xuất ra được khoảng 8500 bánh xà phòng, biết rằng mỗi bánh xà phòng có khối lượng tịnh 90 gam và giả sử hiệu suất toàn bộ quá trình là 100%.    

Tiến hành thí nghiệm theo các bước sau:

Bước 1: Cho khoảng 2 mL dung dịch AgNO₃ 1% vào ống nghiệm, thêm từ từ dung dịch ammonia 5%, lắc đều đến khi kết tủa tan hết. Dung dịch thu được là thuốc thử Tollens.

Bước 2: Thêm vào ống nghiệm khoảng 2 mL dung dịch glucose 2%, lắc đều. Sau đó, ngâm ống nghiệm vào cốc thủy tinh chứa nước nóng trong vài phút.

• Sản phẩm hữu cơ thu được sau bước 2 là ammonium gluconate.                                  

• Thí nghiệm trên chứng minh glucose có tính chất của polyalcohol.                              

•   Sau bước 2, có lớp bạc kim loại bám trên thành ống nghiệm.                 

•   Trong phản ứng ở bước 2, glucose đóng vai trò là chất khử.