Исследовательская работа: Приготовление мыла в условиях школьной лаборатории

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ ТЫВА

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №2 г. ШАГОНАРА УЛУГ-ХЕМСКОГО КОЖУУНА РЕСПУБЛИКИ ТЫВА

Исследовательская работа:

Приготовление мыла в условиях школьной лаборатории

Выполнила: ученица 10 «б» класса

МБОУ СОШ №2 г.Шагонар

Ажы Юлия

Руководитель: Анай-оол А.М.

 учитель химии

г. Шагонар -2018

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня существует огромное количество моющих средств разного назначения, созданных человеком благодаря развитию химической науки и промышленности. На сегодняшний день для личных нужд чаще всего покупают мыло промышленного производства, в состав которого добавляется много химических веществ, которые используются для улучшения внешнего вида, запаха и удешевления и ускорения технологического процесса, но отнюдь не полезных для кожи. Актуальность нашего проекта обусловлена тенденцией использовать экологически чистые продукты, мыла ручной работы, изготовленные из натуральных компонентов. 

Данная работа – это научно-исследовательская работа по химии. Название проекта «Приготовление мыла в условиях школьной лаборатории». Основополагающая цель нашей работы: получить мыло в условиях школьной лаборатории и изучить его свойства в сравнении с мылом промышленного производства. Отсюда гипотеза нашей исследовательской работы: получение мыла в условиях школьной лаборатории и его использование в быту, является более экономически рациональным, чем использование мыла промышленного производства.

Объект исследования: технология получения мыла.

Предмет исследования: свойства и признаки получаемого твердого мыла

Цель исследования: получить твердое мыло в условиях школьной химической лаборатории

Задачи исследования:

рассмотреть историю производства мыла;

установить различные свойства мыла;

выяснить способы производства мыла на основе разнообразного сырья;

получить мыло в условиях школьной химической лаборатории

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 История мыловарения

Первым моющим средством была обыкновенная вода. Правда, в безводных местностях использовали просто-напросто песок: оттирали им пятна. Но когда одна вода не помогала, в ход шли другие средства: бычья желчь и мозговые кости, разложившаяся моча и свежий помет, яичные желтки и кипящее молоко, мед и пивные дрожжи, теплые отруби и бобовая мука, селитра и гуммиарабик, опилки, зола и прочее, прочее..

На смену всем этим подручным средствам пришло мыло. Когда и кем оно было изобретено, точно неизвестно. Споры о том, кому человечество обязано изобретением мыла, до сих пор не завершены.
Изобретение собственно мыла зачастую приписывают римлянам и относят его к первому тысячелетию до нашей эры. Легенда гласит, что само слово soap (мыло) произошло от названия горы Сапо, в древнем Риме, где совершались человеческие жертвоприношения богам. Жир, выделяющийся при сжигании жертвы, скапливался и смешивался с древесной золой костра. 
Поученная масса смывалась дождем в глинистый грунт берега реки Тибр, где жители стирали белье и, естественно, наблюдательность человека не упустила того факта, что благодаря этой смеси одежда отстирывалась гораздо легче. Люди постепенно стали использовать "дар богов" не только для стирки одежды, но и для мытья тела. Кстати, первые мыловарни тоже были обнаружены археологами на территории Древнего Рима, а еще точнее - среди развалин знаменитых Помпей. Римский ученый и политик Плиний Старший утверждает, что и древние галлы и германцы знали о приготовлении мыла. По его свидетельству, эти дикие племена делали из сала и золы букового дерева некую чудодейственную мазь, которую использовали для очистки и окрашивания волос, а также для лечения кожных заболеваний. Вскоре её стали использовать и в качестве моющего средства. Технология изготовления мыла из животных жиров складывалась на протяжении многих веков.
Мыло долго было роскошью и ценилось наряду с дорогими лекарствами и зельями. Мылом пользовались только дворяне да священники.
Описания технологии изготовления мыла найдены в Месопотамии на глиняных табличках, относящихся примерно к 2200 г. до н.э. Египетские археологи после раскопок в дельте Нила пришли к выводу, что производство мыла было налажено, по меньшей мере, 6000 лет назад. Египетский папирус середины второго тысячелетия до н.э. свидетельствует, что египтяне регулярно мылись с помощью мыла.
В Европу моду на чистоту привезли рыцари из арабских стран, но способ мыловарения держался в секрете .
Об изготовлении мыла в средние века имеются лишь скудные сведения. Арабы в VII веке н. э. узнали способ обработки мыльного раствора гашеной известью и таким образом стали изготавливать твердое мыло. От арабов искусство мыловарения проникло в Испанию. Здесь научились делать твердое красивое мыло из оливкового масла и золы морских растений. Повсюду на Средиземноморье, где выращивали масличные растения, стало процветать мыловарение. С этого времени мыло начало все более широко применяться в качестве моющего средства.
Мыло не сразу стало предметом гигиены. Вплоть до XIII века оно стояло в одном ряду с медицинскими средствами и лекарствами. Не была чистота в чести и в средние века. Мылом пользовались только представители первых двух сословий.
В XV веке в Италии, начали впервые выпускать твердое мыло промышленным путем. При этом жиры соединялись не с золой, а с природной кальцинированной содой. Это значительно снижало себестоимость мыла, а, следовательно, перевело мыловарение его из разряда ремесленного производства в мануфактурное .

2. Мыловарение в России

Россия не отставала от Европы в чистоплотности. «Ни в одной стране не найдешь, - писал в XVIII веке историк Джон Флетчер, - чтобы так ценили мытье, как в этой Московии». В средневековой России, чем только не отмывались в горячих банях, чем ни стирали: крахмалом, тестом, песком, травами, хлебным квасом, ячменем. Особенно распространены были мытье и стирка золой. На основе золы и появилось в России мыльное производство.
На Руси секреты изготовления мыла унаследовали от Византии, а собственные мастера-мыловары появились у нас только в XV в. Главным центром мыловарения был город Шуя, на его гербе даже изображен кусок мыла. В XVIII веке стали появляться первые мыловаренные фабрики в России. В Москве их было две, а к 1853 году насчитывалось уже восемь мыловаренных заводов. Вообще русское мыловарение развивалось самобытным путем. Для этого были весьма благоприятные условия: большие запасы сала, огромные лесные массивы. "Поташным делом" занимались целые деревни. Поташ стал одним из основных продуктов экспорта, из него варили мыло по всему миру. Приготовляли его, сжигая деревья бесчисленных российских лесов. Уже к царствованию Петра I это привело к тому, что были вырублены огромные массивы прекрасных среднерусских чащоб. 
А вот население фабричное мыло почти не покупало, так как большинство хозяек сами варили мыло. Печи топились дровами, везде держали скотину, следовательно, поташа и жира не было дефицита. Таким образом, в каждом доме было налажено производства этого столь необходимого в быту продукта . Поэтому мы выдвинули следующую гипотезу, а сможем ли мы, четыре века спустя, получить мыло в условиях школьной лаборатории?

3. Мыло с точки зрения химии.

 Состав и свойства
Мыла – соли высокомолекулярных жирных кислот. В технике мылами называют натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, в молекулах которых содержится не менее 8 и не более 20 углеродных атомов. 
В горячей воде при температуре, близкой к точке кипения, мыла растворяются во всех отношениях; при средних комнатных температурах растворимость их ограничена и зависит от природы и состава кислот и щелочей. Мыла, в состав которых входят в большом количестве соли высокомолекулярных твёрдых жирных кислот, в холодной воде плохо пенятся и обладают низкой моющей способностью, тогда как мыла из жидких масел, а также из твёрдых низкомолекулярных жирных кислот, например кокосового масла, хорошо пенится при комнатной температуре. Мыла при растворении в воде подвергаются гидролизу с образованием свободной щёлочи и кислот, а также кислых солей, которые для большинства жирных кислот представляют труднорастворимые осадки, сообщающие растворам мутность. 
Свойства мыла, например твердость, растворимость в воде, пенообразование, моющая способность, зависит от его жирового состава. Так, входящая в состав свиного и говяжьего сала пальмитиновая кислота предает мылу твердость и хорошие пенообразующие качества, а олеиновая кислота – растворимость в холодной воде и моющую способность. Стеариновая кислота усиливает моющие действия мыла в горячей воде. Благодаря лауриновой кислоте, содержащейся в кокосовом масле, мыло лучше растворяется в холодной воде, увеличивается его моющая способность и уменьшается набухание. 
В химическом отношении основным компонентом твёрдого мыла являются смесь растворимых солей высших жирных кислот. Обычно это натриевые соли таких кислот, как стеариновая, пальмитиновая и олеиновая. Один из вариантов химического состава твёрдого мыла – С17Н35СООNa. Дополнительно в составе мыла могут быть и другие вещества, которые обладают моющим средством. 
Мыла- натриевые или калиевые соли высших карбоновых кислот

Общая формула твердого мыла: 

История мыловарения насчитывает, по меньшей мере, 6 тысяч лет. Самое ранее описание мыловарения было обнаружено на шумерских глиняных табличках, датируемых 2500 годом до н. э. Способ основывался на смеси из древесной золы и воды, которую кипятили и растапливали в ней жир, получая мыльный раствор. Однако этот раствор не имел определенного названия, свидетельств его применения не сохранилось и то, что принято считать мылом, из него не производилось.

Один из первых подробных рецептов приготовления мыла упоминается в сборнике ремесленнических секретов, датируемом XII веком. С годами технология производства мыла существенно не менялась. Различные растительные масла и животные жиры варились с едкой щелочью, в результате чего получалось неочищенное мыло. Этот процесс назывался омылением

Современное производство мыла состоит из двух стадий: химической и механической.

На первой стадии (варка мыла):

получение высших карбоновых кислот при крекинге и окислении нефтепродуктов:

- получение натриевых солей:

CnHmCOOH + NaOH = CnHmCOONa + H2O.

При производстве мыла используют две фракции: С10–С16 и С17–С20. Варку мыла заканчивают обработкой мыльного раствора (мыльного клея) избытком щелочи или раствором хлорида натрия. В результате этого на поверхность раствора всплывает концентрированный слой мыла, называемый ядром. Полученное мыло называют ядровым, а процесс его выделения из раствора - отсолкой или высаливанием.

Механическая обработка (2 стадия) заключается в охлаждении и сушке, шлифовке, отделке и упаковке готовой продукции.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Получение мыла в условиях школьной лаборатории
Практическая часть

В большой фарфоровой чашке расплавляем 20 г свиного или говяжьего жира.

2. Готовим 60 г. 30% водного раствора щелочи. Приготовленный раствор смешиваем с расплавленным жиром.

3. Смесь кипятим в пламени спиртовки, помешивая стеклянной палочкой, остерегаясь разбрызгивания.

4. По мере выкипания, добавляем в чашку понемногу воды. Через 1-1,5 часа снимаем пробу. Отбираем 0,5-1 мл пипеткой н выливаем в пробирку с горячей дистиллированной водой. Пробирку встряхиваем. Если мыло готово, проба полностью растворится в горячей воде. Образуется обильная пена. Если же оно не готово, раствор будет непрозрачным, сверху всплывет жир. Нагревание продолжают до тех пор, пока проба будет полностью растворяться в воде, образуя обильную пену.

5. После этого раствор упариваем минут 10 до образования густой массы - клеевого мыла, и охлаждают.

6. Полученный раствор выливаем в стакан с насыщенным раствором поваренной соли. Мыло всплывает в виде хлопьев (высаливается).

7. Мыло собираем, отмываем, если нужно, водой от щелочи, сплавляем в однородную массу и используем для получения мыла с заданными свойствами.

Химизм процессов омыления.

свиной жир содержит 45 % насыщенных кислот и 42 % олеиновой кислоты.

 Значение рН при изготовлении было 8,5 но со временем этот показатель уменьшается, что связано с так называемым созреванием мыла. Сейчас значение рН наших образцов достигло 7,5. Полученные образцы хорошо мылятся в горячей воде, хуже- в холодной, мылкость полученного мыла в жесткой воде слабая.

Таким образом, изучив технологию производства мыла, а также его свойства и влияние на организм человека, мы подобрали наиболее подходящий способ получения продукта, который изготовили из натурального сырья. В это мыло были введены натуральные ингредиенты, которые благоприятно воздействуют на кожу, а также придают мылу разнообразную окраску и приятный запах. Таким образом, в условиях школьной химической лаборатории вполне можно получать мыло кустарным способом, с заданными свойствами (аромат, цвет), возможно регулирование рН среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При выполнении научно-исследовательской работы мы выполнили все поставленные задачи: изучили и проанализировали литературу по истории мыловарения; изучили методы получения мыла различными способами в условиях школьной лаборатории и выбрали наиболее доступный; синтезировали мыла на основе подсолнечного масла и гусиного жира в условиях школьной лаборатории; провели сравнительный анализ качества мыла полученного в условиях школьной лаборатории и мыла промышленного производства (скорость растворения, пенообразование и рН); сделали экономические расчеты выгодности производства мыла «своими руками».
Выполненная работа позволяет сделать обоснованные выводы о том, что выдвинутая гипотеза частично верна, а именно: получение мыла в условиях школьной лаборатории и его использование в быту, является более экономически рациональным, чем использование мыла промышленного производства. Однако существует ряд оговорок . 
Обоснованность и достоверность выводов в нашей работе ограничена школьными лабораторными условиями, отсутствием приборов для отжима мыла при низком давлении; так же в ходе экономических расчетов не учитываются стоимость воды, электроэнергии и оборудования необходимых для данного производства; оказалось, что процесс производства мыла «своими руками» весьма трудоемкий и требующий большие затраты по времени. 
На основании этого можно говорить, о пользе мыла произведенного «своими руками», так как при его синтезе используются натуральные вещества, однако в противопоставлении можно говорить о трудоемкости процесса производства мыла.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Энциклопедия для детей «Химия», М, Аванта 2000г
Химическая энциклопедия (под ред. Кнунянца И.Л.). М, Большая российская энциклопедия. 1992
Я познаю мир: Детская энциклопедия: Химия / Авт. – сост. Л.А. Савина; Худож. А.В. Кардашук, О.М. Войтенко. – М.: ООО «Фирма «Издательство АСТ»; 1999.
Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии – М., 1995 г.
АртеменкоА. И. Удивительный мир органической химии. М, 2004.
Богданова Н.Н. Химия. Лабораторные работы. 8 – 11 кл.: Учеб. пособие для общеобразовательных учреждений. – М.: ООО «Издательство Астрель»: ООО «Издательство АСТ», 2001. 
Гроссе Э., Вайсмантель X. Химия для любознательных. Л., Химия.
Ленинградское отделение. 1987.
Гроссе Э., Вайсмантель Х. Химия для любознательных – М., 1993 г.
И.И.Тоббин Справочник по мыловаренному производству 
Мультимедиа учебный курс “1С: Образовательная коллекция. Органическая химия”, 2003.
О. Ольгин Занимательные опыты по химии, «Детская литература», 1975г
Степин Б. Д., Аликберова Л. Ю., Рукк Н. С. Домашняя химия. Химия в быту и на каждый день. М, 2001.
Тоббин И.И. Справочник по мыловаренному производству – М 1991 г.
Штремплер Г.И. Химия на досуге Домашняя лаборатория. М., Просвещение.1996.
www.festival.1 september.ru (Селеменева Ю.В. Химия в быту)
www.milo.orion-granit.ru. (Статья: Химия мыла и моющих средств)
www.mysoap.ru