Проект на тему "Мыловарение"

Проект по химии
«Мыловарение»

Автор:

10 класс, Старостина Дарья Станиславовна

Научный руководитель:

 Преподаватель химии, Алмакова Нина Анатольевна  

Самарская обл. 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. В настоящее время процесс варения мыла в домашних условиях становится все больше популярным. Ведь необычные ароматные кусочки мыла всегда ценились людьми и служили хорошим подарком. Кстати, мыло человеку было известно еще задолго до наступления нашей эры, его история насчитывает около 6 тысяч лет. Для приготовления мыла в конце средних  веков применяли животные жиры, а также растительные масла (конопляное, льняное). В издаваемых в России в 80-90 годах 19 века пособиях  по ведению домашнего хозяйства для стирки любого вида белья рекомендовалось мыло. В конце 19 века в России большую популярность у населения имели такие мыла как «Маково - масляное», «Калийное». При рекламе мыла в те времена часто пользовались известным изречением Либиха, что культуру народа можно определить по количеству расходуемого мыла. Недавно я наткнулась в интернете на шедевры мыловарения простых людей и решила попробовать освоить эту область рукоделия.  Ведь сейчас все больше людей выбирают натуральные продукты, в том числе и косметические. И мыло здесь не исключение. Ведь так приятно умыться кусочком, в состав которого входят любимые эфирные масла, натуральные наполнители вроде лаванды, шоколада, овсяных хлопьев и многого другого, натуральные красители.  Только вот разобраться бы, где и как получить натуральное мыло. Оказывается, его можно изготовить у себя на кухне. Сам процесс безумно  увлекательный и приятный: он позволяет отвлечься от дел насущных, дает полет фантазии, во время производства мыла дом наполняется чудесными ароматами масел и пряных трав, что не может не сказаться положительно на атмосфере и уюте.  Ну и самое главное – это результат. Попробовав раз мыльце ручной работы, уже вряд ли захочется пользоваться обычным покупным мылом. Вот я и  решила получить мыло пока в кабинете химии.

Цель реферативного исследования:

Приготовить мыло тремя способами- «с нуля», на основе детского, горячим способом.

Задачи реферативного исследования:

-Проанализировать литературу по теме исследования;

-Изучить технологии изготовления мыла ручной работы;

-Выбрать подходящие технологии приготовления мыла «с нуля», на основе детского, горячим способом;

-Приготовить мыло ручной работы.

Глава 1. Поверхностно-активные вещества (ПАВ)

1.1. Строение ПАВ. Моющее действие ПАВ.

Строение ПАВ удобнее всего рассмотреть на примере мыла. Главная составная часть мыла — натриевые и калиевые соли высших карбоновых кислот. Стеарат натрия С17Н35СООКа состоит из углеводородного радикала — гидрофобная часть молекулы и полярной группы СООКа — гидрофильная часть (рис. 1). Гидрофильная часть способствует растворению в воде или других полярных растворителях, гидрофобная — выталкиванию из воды.

Рис. 1. Строение молекулы ПАВ

гидрофобная        гидрофильная

часть        часть

Важное свойство ПАВ — поверхностная активность — способность молекул адсорбироваться на границе раздела фаз и понижать поверхностное натяжение жидкости.

В растворе мыла находятся как свободные молекулы ПАВ, так и коллоидные частицы — мицеллы. Моющий раствор представляет собой полуколлоид — или лиофильный золь. В этой системе возможны взаимные переходы по следующей схеме:

Молекулярный раствор            золь                гель

(отдельные молекулы)           (мицеллы)          (кусок мыла)

Моющим раствором называется такой раствор, в котором достигнута определенная концентрация ПАВ — критическая концентрация мицеллообразования (ККМ). ККМ — это не точное значение концентрации, а некоторый узкий интервал концентраций, в котором начинается мицеллообразование. Моющее действие ПАВ обусловлено их взаимодействием с гидрофобными частицами загрязняющих веществ. Когда раствор детергента приходит в контакт с загрязненной поверхностью, молекулы ПАВ образуют адсорбционные слои как на загрязняющих веществах, так и на поверхности очищаемого объекта. Адсорбционные слои сильно понижают поверхностное натяжение на границе твердое тело—раствор и одновременно значительно улучшают смачивание поверхности водой. Постепенное проникновение молекул ПАВ между частицами загрязняющего вещества и волокнами приводит к возникновению расклинивающего давления, в результате чего загрязнение отрывается от поверхности (рис. 2). Окруженные молекулами ПАВ частицы загрязняющего вещества образуют в растворе эмульсии и суспензии. Молекулы ПАВ играют также роль стабилизаторов, предотвращают коагуляцию и повторное осаждение загрязнения на ткани.

Рис. 2. Моющее действие ПАВ

Моющее действие ПАВ обусловлено еще и тем, что детергенты образуют высокоустойчивые пены. Гидрофобные пузырьки пены флотируют частицы загрязнений. Свойством ПАВ, усиливающим их моющее действие, является солюбилизация — растворение нерастворимых в обычных условиях веществ путем включения их внутрь мицелл.

1.2. Состав мыла.

Главным компонентом мыла являются калиевые и натриевые соли высших алифатических кислот (С12—С18) — пальмитат, стеарат, олеат. В состав хозяйственного мыла входят также синтетические жирные кислоты двух фракций: С10—С16 и С17—С20. Для производства мыла также применяют нафтеновые кислоты (монокарбоновые кислоты ряда циклопентана и циклогексана) — асидол. Асидол обладает бактерицидными свойствами. В состав хозяйственного мыла входит 12—15% канифоли. Введение канифоли в больших количествах делает мыло мягким и липким. Канифоль состоит из смеси смоляных кислот, получаемых при переработке живицы хвойных деревьев.

Кусковое туалетное мыло является старейшим средством личной гигиены, используемым человечеством. Оно относится к косметико-гигиеническим моющим средствам (подробнее будет рассмотрено в соответствующей теме). Мыло  содержит меньше воды — до 12 %, отбеливатели типа ТiO2, красители и др. Хорошие сорта туалетного мыла содержат до 50% мыла, полученного из кокосового или пальмового масла. Иногда туалетное мыло содержит до 10% свободных жирных кислот. Самое дорогое туалетное мыло целиком изготавливают из кокосового масла. Мыло может содержать различные наполнители. Некоторые натриевые соли (Nа2СО3, Nа2В4О7, Nа2SiO3) при растворении в воде приводят к подщелачиванию. Клеи (казеиновый, казеиновый студень) и углеводы (крахмал) способствуют пенообразованию и стойкости пены, однако моющей способностью не обладают, в качестве наполнителя в дорогих сортах мыла используется сапонин, получаемый из некоторых растений. Он хорошо растворяется в воде, и его раствор сильно пенится. Для устранения жесткости в мыло вводят пентанатрийтрифосфат Nа5Р3О10. Анион Р3О10 связывает ионы Са2+ и Мg2+.

Глава 2. Получение мыла.

2.1.  Получение мыла(1 способ).

Реактивы и оборудование: концентрированная щелочь (35-40%), спирт, краситель, жир, насыщенный раствор поваренной соли, 5-% раствор медного купороса (CuSO4); коническая колба емкостью 50 или 100 мл, электрическая плитка, асбестовая сетка, химический стакан емкостью 100 мл, стеклянная палочка.

Ход работы. В коническую колбу емкостью 50 или 100 мл помещаем примерно одинаковое количество (по 3 мл) щелочи и спирта. Спирт используем этиловый, изопропиловый, бутиловый или одеколон, играющий одновременно роль растворителя и отдушки. Интерес учащихся к работе возрастает, если получать мыла с различной окраской. Для этого к смеси спирта со щелочью добавляем несколько крупинок красителя. Так, n-нитроанилиновый красный придает мылу сиреневую окраску, нафтолоранж окрашивает мыло в оранжевый цвет, а n-нитроазосалициловая кислота – в розовый цвет. Далее в колбу добавляем 3 мл жира. В качестве жира удобнее брать подсолнечное масло, так как легко отмерить нужный объем его, и получающееся мыло имеет приятный запах, светло-желтый цвет, поэтому отдушки и красители в этом случае не применяются. Но можно брать и любой другой жир. Твердые жиры лучше предварительно растопить. Колбу с содержимым ставим на асбестовую сетку и на электрической плитке нагреваем (слабо разогретой) в течение 3 минут.

Пока колба нагревается, в химический стакан емкостью 100 мл наливаем 20 мл насыщенного раствора поваренной соли, затем 1 мл 40-% раствора щелочи и несколько капель 5-% раствора медного купороса. Итак, мы получили раствор для высаливания мыла. Законченность гидролиза определяем, набрав и рассмотрев в тонкую стеклянную трубочку гидролизат. Если жидкость в трубочке расслоилась, то гидролиз еще не закончен. Отсутствие расслоения свидетельствует о полном гидролизе жира. Гидролизат выливаем в стаканчик, содержащий хлорид натрия и гидроксид меди (II). Исчезновение голубых хлопьев гидроксида меди (II) и появление темно-синей окраски свидетельствует о наличие глицерина. Мыло, всплывшее наверх, собираем в марлю и отжимаем.

Реактивы и оборудование: говяжий и свиной жир, раствор щелочи (NaOH), вода, 20% раствор хлорида натрия (NaCl); керамический или стальной сосуд, водяная баня, ткань.

Ход работы. В керамическом или стальном сосуде расплавьте 70 г говяжьего и 30 г свиного жира, при перемешивании порциями добавьте раствор 25 г едкого натра в 30 мл воды и грейте смесь 30 минут на кипящей водяной бане, добавляя по мере испарения воду. Добавьте 100 мл 20-% раствора хлорида натрия и, нагревая смесь, добейтесь разделения фаз. Снимите затвердевший при охлаждении слой мыла и осторожно промойте небольшим количеством холодной воды; завернув в ткань, отожмите, тщательно разомните и, подогрев, придайте желаемую форму. Из-за остатков щелочи использовать полученный продукт в быту нельзя, но для изучения химических свойств мыла он пригоден.

Уравнение реакции:

СН2 – О – СО – С17Н35

 |                                                                       CН2 – ОН

CН – О – СО – С17Н35 +  3NaOH                  |

 |                                                                       CН – ОН   +  3С17Н35СООNa

CН2 – О – СО – С17Н35                                                |                            мыло

                                                                         CН2 – ОН

Опыт №1. Взаимодействие мыла с кислотами и солями

Реактивы и оборудование: раствор мыла, дистиллированная вода, серная или соляная кислота, раствор медного или железного купороса; химический стакан, штатив с пробирками.

Ход работы. К раствору мыла в дистиллированной воде добавьте несколько капель серной или соляной кислоты, затем раствора медного или железного купороса.

Наблюдения: выпадение осадков малорастворимой в воде кислоты или соли.

Уравнение реакции:

RCOONa + HCl             RCOOH  + NaCl

2RCOONa + CuSO4               (RCOO)2 Cu     + Na2SO4

Вывод:

       Соли высших жирных кислот, кроме солей калия, натрия и аммония, практически нерастворимы в воде, и мыло плохо мылится в воде, содержащей большое количество солей кальция или магния – образующиеся в результате обменных реакций соли выпадают в осадок. Поэтому гидроксид кальция для получения мыла не используют.

2.2. Получение мыла(2 способ).

Реактивы и оборудование: говяжий и свиной жир, раствор щелочи (NaOH), вода, 20% раствор хлорида натрия (NaCl); керамический или стальной сосуд, водяная баня, ткань.

Ход работы. В керамическом или стальном сосуде расплавьте 70 г говяжьего и 30 г свиного жира, при перемешивании порциями добавьте раствор 25 г едкого натра в 30 мл воды и грейте смесь 30 минут на кипящей водяной бане, добавляя по мере испарения воду. Добавьте 100 мл 20-% раствора хлорида натрия и, нагревая смесь, добейтесь разделения фаз. Снимите затвердевший при охлаждении слой мыла и осторожно промойте небольшим количеством холодной воды; завернув в ткань, отожмите, тщательно разомните и, подогрев, придайте желаемую форму. Из-за остатков щелочи использовать полученный продукт в быту нельзя, но для изучения химических свойств мыла он пригоден.

Уравнение реакции:

СН2 – О – СО – С17Н35

 |                                                                       CН2 – ОН

CН – О – СО – С17Н35 + 3NaOH                  |

 |                                                                       CН – ОН   +  3С17Н35СООNa

CН2 – О – СО – С17Н35                                                |                            мыло

                                                                         CН2 – ОН

Опыт №1. Взаимодействие мыла с кислотами и солями

Реактивы и оборудование: раствор мыла, дистиллированная вода, серная или соляная кислота, раствор медного или железного купороса; химический стакан, штатив с пробирками.

Ход работы. К раствору мыла в дистиллированной воде добавьте несколько капель серной или соляной кислоты, затем раствора медного или железного купороса.

Наблюдения: выпадение осадков малорастворимой в воде кислоты или соли.

Уравнение реакции:

RCOONa + HCl             RCOOH + NaCl

2RCOONa + CuSO4               (RCOO) 2 Cu     + Na2SO4

Вывод:

       Соли высших жирных кислот, кроме солей калия, натрия и аммония, практически нерастворимы в воде, и мыло плохо мылится в воде, содержащей большое количество солей кальция или магния – образующиеся в результате обменных реакций соли выпадают в осадок. Поэтому гидроксид кальция для получения мыла не используют.

2.3. Приготовление мыла на основе «детского».

Для того чтобы приготовить мыло в домашних условиях Нам потребуются: 
- терка;
- миска; 
- базовые масла подойдет любое, лишь бы без запаха оливка, миндаль, ши, кокос, облепиха и т.д.; 
- детское мыло без запаха; 
- любое лекарственное растение (сухое) — крапива, череда, а так же могут быть измельченные лепестки роз, просеянные отруби и т.д.; 
- натуральное эфирное масло (на вкус);
- две кастрюли; 
- формочки для мыла; 
Делаем водяную баню: берем две кастрюли — одну большую, другую поменьше, в большую кастрюлю наливаем воду, ставим в нее маленькую кастрюлю и нагреваем. В это время на мелкой терке трем детское мыло, причем, чем мельче, тем быстрее оно расплавится. Как только вода в кастрюле нагреется, наливаем в маленькую кастрюлю оливковое масло. На 100 г. мыла идет 2 ст. ложки масла, если налить больше масла, мыло станет мягким как пластилин, поэтому не перебарщиваем. 
В нагретое масло высыпаем  мыльную крошку, добавляем горячую воду 150-200 мл и хорошо все перемешиваем. Смесь должна быть как тесто на оладьи, если получается очень густой,  добавляем еще воды, накрываем кастрюлю крышкой и даем попариться. 
Сухую траву размельчаем на кофемолке, добавляем в массу и перемешиваем. Берем формочки и смазываем их натуральным эфирным маслом. Во-первых, будет  легче вынимать мыло, а во-вторых, запах приятный. Разливаем горячую смесь по формочкам и оставляем на 4-5 часов, после чего вынимаем и досушиваем еще около недели. 

2.4. Мыло «с нуля».

Способ приготовления мыло с нуля - самый сложный. Здесь необходимо соблюдать все правила и иметь опыт приготовления мыла. Процесс изготовления мыла с нуля длительнее, чем на мыльной основе. Требуется до 6 недель, чтобы добиться нейтрального pH баланса.
Чтобы сделать мыло с нуля нам понадобятся:
- щелочь - каустическая сода (NaOH);
- масло основа (без сильного запаха);
- эфирные масла, для придания аромата и цвета;
- украшения (блестки, цветочки, люфа и другие растения);
- инструменты (мерные ложечки, 2 кастрюли для водяной бани из нержавеющей стали, перчатки и очки для работы со щелочью, платок на голову, фартук, блендер или миксер, терка или нож для воска, пластмассовая палочка для размешивания и мягкие формы для заливки мыла).

Итак,

1. Приготавливаем  масляную основу на водяной бане, т.е. растапливаем  твердые масла и воск.
2. Самое опасное в приготовление мыла с нуля – это щелочь.
Чтобы обезопасить себя от попадания щелочи на кожу, надеваем  фартук и резиновые перчатки. Также,  стелим  на стол клеенку и убираем  всё лишнее. Приготавливаем  посуду для приготовления косметики, она должна быть чистой.
Отмеряем  необходимое количество воды и щелочи. Ставим стеклянную банку в посуду с холодной водой. Теперь помешиваем и тихонько засыпаем щелочь в воду.
Внимание! Делать наоборот ни в коем случае нельзя! Так как при соединении воды и щелочи происходит сильное выделение тепла, поэтому банка нагревается и может вызвать взрыв.
3. Теперь переходим к этапу смешивания. Необходимо, чтобы раствор щелочи и масла были одинаковой температуры, измеряем термометром или  прикоснувшись рукой  к посуде. Заливаем  щелочь в масло, взбивая миксером до консистенции сметаны. 
4. Добавляем необходимые эфирные масла и снова взбиваем. Если в составе должны быть глина или другие составляющие, добавляем их на этом этапе. 
5. Раскладываем мыло по приготовленным формам. Укутываем формы полотенцем или одеялом. Оставляем на 3 дня остывать и твердеть. Затем убираем полотенце и оставляем мыло еще на месяц в темном прохладном месте, чтобы снизить кислотность и добиться нейтрального pH. Разрезаем на кусочки и пользуемся.

Глава3.Практическая часть

Заключение

Ввести текст

Выводы:

Список использованной литературы

1. Афанасьев А.Г. Химия за рубежом (Применение микрокапсул: обзор с примерами). М.: Знание. 1985. 48 с.
2. Вилламо Х. Косметическая химия: Пер. с фин. М.: Мир. 1990. 288 с.
3. Войцеховская Л.Л., Вольфензон И.И. Косметика сегодня. М.: Химия. 1991. 176 с.
4. Давыдова С.Л. Химия в косметике. М.: Знание. 1990. 48 с.
5. Енгелфрид Ю., Малхолл А., Плетнева Т.В. Как защитить себя от опасных веществ в быту. М.: МГУ. 1994. 96 с.
6. Еремеев В.И., Подгайская И.Б. Химия вокруг нас // Химия в школе. 2002. №3. С. 76 – 80.
7. Кукушкин Ю.Н. Химия вокруг нас. М.: Высшая школа. 1992. 192 с.
8. Нифантьев Э.Е., Парамонова Н.Г. Основы прикладной химии: Учеб. пособие для студ. пед. вузов. М.: Гуманит. изд. центр «ВЛАДОС». 2002. 144 с.
9. Новожилов В.А. В мире запахов. М.: Знание. 1988. 48 с.
10. Пичугина Г.В. Блеск и сила здоровых волос с точки зрения химика // Химия в школе. 2000. №1. С. 81 – 85.
11. Пичугина Г.В. Повторяем химию на примерах из повседневной жизни: Сборник заданий для старшеклассников и абитуриентов с ответами и решениями. М.: АКРИ. 1999. 136 с.
12. Плетнев М.Ю. Косметико-гигиенические моющие средства. М.: Химия. 1990. 367 с.
13. Популярная медицинская энциклопедия / Гл. ред. Б.В.Петровский. М.: Советская энциклопедия. 1979. 704 с.
14. Родыгина И.В., Родыгин М.Ю. Химия в знакомых предметах: мыло // Химия в школе. 2002. №10. С. 49 – 52.
15. Симонова Т.И., Нелюбова Е.Г., Панфилова Л.В., Костылева И.Б. Химические аспекты экологических проблем окружающей среды. Самара: СГПУ. 2004. 294 с.
16. Химия для всех: Хрестоматия. Кн. 6. Будь здоров! / Авт.-сост. Л.Л.Макарова, Т.Г.Санникова. Ижевск: Издательский дом «Удмуртский ун-т». 2000. 164 с.
17. Шпаковская Т.Д., Петров А.В. Маленькие секреты большдй стирки. М.:Химия. 1989. 249 с.
18. Юдин А.М. Химия в нашем доме. М.: Химия. 1990. 272 с.
19. Юдин А.М., Сучков В.И. Химия в быту. М.: Химия. 1979. 208 с.

20.Интернет