химия и моющие средства
элективный курс (химия, 9 класс) по теме

ХИМИЯ И  МОЮЩИЕ СРЕДСТВА

Филянина О.А.., учитель химии

высшей квалификационной категории, МОУ «СОШ №7»,          г.Петровска Саратовской области

Пояснительная записка

Программа данного элективного курса предназначена для учащихся 9-х классов. Ее цель вызвать интерес и желание изучать химию, помочь учащимся в самоопределении профиля и сознательного выбора будущей профессии. Реализация программы осуществляется на основе межпредметных связей химии, биологии, экологии.

Основные задачи курса:

1. повысить теоретический уровень знаний учащихся;
2. способствовать интеграции знаний учащихся, полученных при изучении предметов естественнонаучного профиля;

                способствовать формированию здорового образа жизни и изучению основ грамотного использования моющих средств.

 Меня давно интересовал вопрос: «Почему мыло и шампуни смывают грязь». Прочитав статью В. Артамоновой «Шампуни: химия и биология в одном флаконе», опубликованную в журнале «Химия и жизнь — XXI век» (Химия и жизнь — XXI век, 2001, № 4, С. 36 - 41), по интересующей меня проблеме

я спланировала элективный курс в предпрофильной подготовке.

Цели и задачи курса :

1) изучить состав различных сортов мыла и шампуней;

2) выяснить, какие вещества обладают моющим действием и каков его механизм;

3) сравнить свойства мыла и шампуня;

4) разработать рекомендации для пользователей современными моющими средствами.

Содержание курса рассчитано на 12 часов. Теоретический материал курса расширяет базовый уровень. Программа элективного курса включает ряд сведений, обеспечивающих элементы занимательности, что содействует положительной мотивации учения.

Особенностью занятий является тесная связь теории с практикой, что стимулирует познавательную деятельность, способствует развитию практических умений и навыков. Экспериментальную часть программы школьники выполняют индивидуально или группами с обязательным оформлением хода и результатов опыта.

         Методологический аспект включает использование объяснительно-иллюстративных и личностно-ориентированных технологий обучения, имеющих целью способствовать процессу самоопределения учащихся.

Содержание

    Мыло и шампуни. Какие вещества входят в состав различных сортов мыла и шампуней?

Тема1. Моющие средства (детергенты) – (1 ч).

Первыми детергентами были мыла, полученные из встречающихся в природе веществ. Сейчас же под детергентами обычно понимают синтетические вещества, по моющему действию сходные с мылом. Синтетические моющие средства используются в быту, в промышленности их применяют для отбеливания текстиля, при крашении и аппретировании тканей, на стадиях очистки и травления металлов, для стерилизации оборудования в пищевой промышленности, а также в производстве косметики.

Тема 2.   Изучаемые образцы шампуня и их химический состав(1ч.)

Если внимательно изучить этикетки различных шампуней, то можно заметить следующую закономерность: состав практически всегда один и тот же, при этом «постоянными» компонентами являются поверхностно-активные вещества, сокращенно ПАВ. Именно их наличием и обусловлено моющее действие как шампуней, так и различных сортов мыла.

 Тема 3. Какие вещества входят в состав различных сортов мыла и шампуней(1ч.)

 Поверхностно-активные вещества (ПАВ) и другие компоненты моющих средств.  Поверхностно-активными называют вещества, адсорбция которых из жидкости на поверхности раздела с другой фазой (жидкой, твердой или газообразной) приводит к значительному понижению поверхностного натяжения. В наиболее общем и важном с практической   точки зрения случае молекулы ПАВ состоят из полярной группы (гидрофильной части) и неполярного углеводородного радикала (гидрофобной части).

Эксперимент. Выделение стеариновой кислоты из раствора хозяйственного мыла.

Тема 4. Механизм моющего действия ПАВ(1ч)

Пенообразование — важная характеристика моющих средств

Качество пены — очень важная характеристика мыла и шампуней не только по эстетическим меркам. Ведь во время мытья важно не только оторвать от волоса или кожи капельку жира с налипшей на нее пылью, но и удержать ее в объеме. В противном случае жир и грязь снова осядут на коже и волосах, и толку от мытья будет немного. Именно повторное осаждение грязи и делает обычное мыло таким неудобным для мытья волос, хотя, моющие характеристики у него могут быть и не на много хуже, чем у шампуня.

Объем пены, которую дает моющая смесь, зависит от концентрации ПАВ, любые добавки могут его только уменьшить.

Эксперимент. Сравнение качества пены в растворе мыла и шампуня

Тема 5. Что лучше выбрать: мыло или шампунь(4ч.)

Ну а если серьезно, то чем плохо мытье волос мылом? Во-первых, тем, что мыло полностью уничтожает водно-липидную эмульсионную пленку как с волос, так и с кожи головы, а мы с вами уже знаем, что эта пленка играет защитную роль. Волосы после такого мытья становятся излишне сухими. Твердые мыла имеют сильно щелочную среду, способствующую тому, что чешуйки кутикулы «раскрываются» и «оттопыриваются», некоторые даже осыпаются, в результате чего волос повреждается, хуже расчесывается. Во-вторых, после мытья волос мылом они теряют свой блеск и «живость», покрываются солевым налетом (состоящим, в основном, из солей кальция и магния), становятся более тусклыми.

Для того, чтобы не наносить такого вреда волосам и при этом все-таки отмывать волосы от накопившегося сала, пыли, отшелушившихся клеток, и существуют шампуни. Как правило, почти все современные шампуни имеют слабокислую среду (в районе рН 5,5), что является естественным для нашей кожи и волос. Действуют они заметно мягче, чем мыла. При этом некоторые, «сильно продвинутые» шампуни могут даже и не образовывать обильной пены, однако эффективность их от этого не уменьшается.

Эксперимент 1. Изучение растворов мыла и шампуня с помощью фенолфталеина.

Эксперимент2. Определение водородного показателя (pH) в растворах различных сортов мыла и шампуня

Эксперимент3. Изучение отношения моющих средств  к жесткой воде.  

Эксперимент4. Сравнительная характеристика моющего действия чистой воды, мыла и шампуня

Тема6:  Рекомендации для пользователей современными моющими средствами. Экологические аспекты применения бытовых шампуней.(2ч.)

Для выбора шампуня нужно сначала внимательно прочитать текст на упаковке. Используйте тот шампунь, который предназначен для вашего типа волос. С самого начала использования внимательно анализируйте результаты. Положительными результатами использования шампуня можно считать: хорошо отмытые волосы, отсутствие на них жира, блеск волос после их высыхания, хорошая расчесываемость и послушность, никакого раздражения кожи головы. 

Тема 7. Защита творческих проектов (1 ч).

Учебно-тематический план

ПРИЛОЖЕНИЕ.

ТЕМА1. Моющие средства (детергенты)

     Моющие средства (детергенты) – вещества, усиливающие моющее действие воды. Первыми детергентами были мыла, полученные из встречающихся в природе веществ. Сейчас же под детергентами обычно понимают синтетические вещества, по моющему действию сходные с мылом.           Синтетические моющие средства используются в быту, в промышленности их применяют для отбеливания текстиля, при крашении и аппретировании тканей, на стадиях очистки и травления металлов, для стерилизации оборудования в пищевой промышленности, а также в производстве косметики.

    Если внимательно изучить этикетки различных шампуней, то можно заметить следующую закономерность: состав практически всегда один и тот же, при этом «постоянными» компонентами являются поверхностно-активные вещества, сокращенно ПАВ. Именно их наличием и обусловлено моющее действие как шампуней, так и различных сортов мы.

Изучаемые образцы шампуня и их химический состав( образцы,сообщения)

ТЕМА2.  Поверхностно-активные вещества (ПАВ) и другие компоненты моющих средств

Поверхностно-активными называют вещества, адсорбция которых из жидкости на поверхности раздела с другой фазой (жидкой, твердой или газообразной) приводит к значительному понижению поверхностного натяжения. В наиболее общем и важном с практической точки зрения случае молекулы ПАВ состоят из полярной группы (гидрофильной части) и неполярного углеводородного радикала (гидрофобной части).        

Например, основными ПАВ в составе различных сортов мыла являются натриевые (калиевые или аммонийные) соли высших жирных карбоновых кислот: стериновой, лауриловой, миристиновой, пальмитиновой, олеиновой и других кислот растительного или животного.

Главным образом ПАВ, входящие в состав шампуня или мыла, являются анионо-активными или «анионными», т.е. их активность обусловлена именно анионами.

Также в состав шампуней входят кондиционирующие добавки для снятия статического электричества, уменьшения «разлетаемости» волос, придания волосам блеска и шелковистости, увлажнения. Консерванты не дают бактериям размножаться в шампунях, т.е. предотвращают их порчу. Загустители повышают вязкость шампуня, регуляторы pH позволяют поддерживать определенную концентрацию катионов H+, т.е. постоянный уровень кислотности, наиболее благоприятный для кожи головы (pH = 5,5). Важными компонентами являются парфюмерные композиции — отдушки, придающие приятный аромат.

 Подробнее об истории шампуней, их производстве, химическом составе и правилах выбора можно узнать на сайте «Трихология — наука о волосах и коже головы».         

Узнать, почему жидкое мыло назвали шампунем, можно на сайте «Сто тысяч «почему».  

ТЕМА 3. Какие вещества входят в состав различных сортов мыла и шампуней

Эксперимент. Выделение стеариновой кислоты из раствора хозяйственного мыла

Стеариновую кислоту легко выделить из хозяйственного мыла, состоящего в основном из стеарата натрия, действием сильной кислоты, например соляной. Стеариновая кислота, подобно всем жирным кислотам, не растворяется в воде и легче воды. Готовим растворы хозяйственного и туалетного мыла. При нагревании растворимость мыла заметно увеличивается, растворы становятся прозрачными. К горячим растворам приливаем соляную кислоту и наблюдаем помутнение растворов, обусловленное образованием мельчайших капелек стеариновой кислоты.

 Осадок выпадает как в растворе туалетного мыла , так и в растворе хозяйственного. После охлаждения смеси на поверхности образовалась твердая пленка стеариновой кислоты.

Тема 4. Механизм моющего действия ПАВ(1ч)

Гидрофильные головки взаимодействуют с молекулами воды, хвосты стремятся сблизиться друг с другом, в результате чего появляются правильные конгломераты молекул — мицеллы. Если концентрация ПАВ в растворе не очень велика, мицеллы напоминают шарики, если она растет — шарики сливаются друг с другом, образуя трубочки. Микросреда внутри шариков и трубочек электрически нейтральная, здесь вполне могут «раствориться» вещества, нерастворимые в воде, например, те же масла.

Мицеллы образуются благодаря электростатическим взаимодействиям полярных головок молекул ПАВ с молекулами воды. Иногда внутри таких структур могут «растворяться» жироподобные вещества

Эксперимент. Сравнение качества пены в растворе мыла и шампуня

Качество пены — очень важная характеристика мыла и шампуней не только по эстетическим меркам. Ведь во время мытья важно не только оторвать от волоса или кожи капельку жира с налипшей на нее пылью, но и удержать ее в объеме. В противном случае жир и грязь снова осядут на коже и волосах, и толку от мытья будет немного. Именно повторное осаждение грязи и делает обычное мыло таким неудобным для мытья волос, хотя, моющие характеристики у него могут быть и не на много хуже, чем у шампуня.

Объем пены, которую дает моющая смесь, зависит от концентрации ПАВ, любые добавки могут его только уменьшить.

Приготовим 1%-ные растворы хозяйственного мыла и шампуня PANTENE PRO-V. Через полученные растворы  пропускаем воздух из воздуходувки в течение пяти минут и измеряем скорость оседания пены.

Вывод. Качество и объем пены, полученной в растворе шампуня, значительно выше, чем в растворе хозяйственного мыла.

 Подробнее о механизме действия ПАВ можно узнать на страничке                                     The  General  Chemistry Demo  Lab        

Тема 5. Что лучше выбрать: мыло или шампунь(4ч.)

Эксперимент 1. Изучение растворов мыла и шампуня с помощью фенолфталеина.

Я приготовил раствор хозяйственного мыла и добавил бесцветный раствор фенолфталеина. Индикатор принял малиновую окраску, что указывает на щелочную среду в растворе. При нагревании окраска усилилась. Это указывает на то, что при нагревании степень гидролиза возрастает.

Щелочная среда обусловлена гидролизом соли: 

Приготовим 1%-ные растворы хозяйственного мыла, туалетного мыла «Лесная полянка. Грейпфрут», туалетного мыла Palmolive Aroma Therapy, шампуня Nivea и шампуня PANTENE PRO-V. Полученные растворы  испыт аем раствором фенолфталеина.

В растворах различных сортов мыла среда была щелочная, т.к. натриевые соли высших жирных карбоновых кислот подвергаются гидролизу по аниону. Детергенты, входящие в состав шампуней, гидролизу не подвергаются, в их растворе индикатор фенолфталеин не изменил своей окраски.

Эксперимент2. Определение водородного показателя (pH) в растворах различных сортов мыла и шампуня

Определяем  значение pH в растворах указанных моющих средств с помощью универсальной индикаторной бумаги.

Полученные значения  значения pН:

хозяйственное мыло-        10,5        

туалетное мыло «Лесная полянка. Грейпфрут»         -11        

туалетное мыло Palmolive Aroma Therapy -        9        

шампунь Nivea  -        5,5        

шампунь PANTENE PRO-V          - 5,5        

Вывод: В растворах различных сортов мыла среда щелочная, т.к. натриевые соли высших жирных карбоновых кислот подвергаются гидролизу по аниону. В растворах различных сортов шампуня среда слабокислая, pH близок к 5,5.        

Эксперимент3.  Изучение отношения моющих средств  к жесткой воде.

Мыло, в отличие от шампуня, теряет свое моющее действие в жесткой воде (воде, содержащей Ca2+ и Mg2+), т.к. кальциевые и магниевые соли высших жирных карбоновых кислот не растворяются в воде.

Для имитации жесткой воды я использовал раствор хлорида кальция. В случае растворов различных сортов мыла я наблюдал выпадение осадков белого цвета.

Вывод. Синтетические детергенты не образуют осадков с солями жесткости и, следовательно, не снижают своей моющей активности в жесткой воде.

Эксперимент4. Сравнительная характеристика моющего действия чистой воды, мыла и шампуня

В качестве загрязнителей  используем смесь подсолнечного масла с угольной пылью и нефть. Я сравнивал моющее действие чистой воды, растворов мыла и шампуня.

  В чистую воду погружаем фильтровальную бумагу с нанесенным на нее загрязнителем .

Пятно загрязнителя  полностью погружаем в  воду        

После промывания в воде следы загрязнителя остаются

В раствор мыла погружаем фильтровальную бумагу с нанесенным на нее загрязнителем         

Пятно загрязнителя оказалось полностью погруженным в раствор мыла         

После промывания в растворе мыла остаются незначительные следы загрязнителя

В раствор шампуня погружаю фильтровальную бумагу с нанесенным на нее загрязнителем         

Пятно загрязнителя оказалось полностью погруженным в раствор шампуня         

После промывания в растворе шампуня следов загрязнителя практически не остается

Вывод. Моющее действие шампуня заметно выше, чем у мыла.

Тема 6:  Рекомендации для пользователей современными моющими средствами. Экологические аспекты применения бытовых шампуней.(2ч.)

Для выбора шампуня нужно сначала внимательно прочитать текст на упаковке. Используйте тот шампунь, который предназначен для вашего типа волос. С самого начала использования внимательно анализируйте результаты. Положительными результатами использования шампуня можно считать: хорошо отмытые волосы, отсутствие на них жира, блеск волос после их высыхания, хорошая  расчесываемость и послушность, никакого раздражения кожи головы.

Выбирая шампунь, нужно иметь в виду, что некачественная продукция, содержащая воск или катионные полимеры, может оставить ощущение клейкости. Если есть сомнение в том, что лучше купить — шампунь-кондиционер или отдельно шампунь и бальзам ополаскиватель, то имеет смысл выбрать второе. Лучше использовать средства одной серии, в противном случае эффективность ухода за волосами будет ниже. Следует помнить, что качественный продукт не может стоить дешево.

Кроме того, хороший шампунь должен возмещать потерю белков, влаги и питательных веществ; повышать эластичность волос; защищать кутикулу волоса и приглаживать чешуйки кутикулы; не делать волосы чересчур тяжелыми; снимать статическое электричество с волос; придавать волосам шелковистость. Для того, чтобы понять, что данный шампунь вам не подходит, достаточно одного-двухкратного использования. О важнейших детергентах, входящих в состав шампуней, гелей для душа и других моющих средств, ведутся постоянные дискуссии между косметологами, химиками и врачами. Подробнее об этом можно узнать в статье д.б.н. Н.В. Курушиной «ЛАУРИЛ/ЛАУРЕТ. Мифы и научные факты. Разоблачение слухов, распространяемых в Интернете о лаурилсульфате и лауретсульфате натрия». На сайте Российской косметической компании Мирра.

Литература для учителя

1. Андрусев М.М., Андрусева Е.М.. Бекетов Н.Н., Н.А. Меншуткин. Химия. М.: «Просвещение», 1977

2. Гроссе Э., Вайсмантель Х. Химия для любознательных. Л.: Химия, 1978

3. Книга для чтения по неорганической химии: В 2 ч. Сост. В.А. Крицман. М.: «Просвещение», 1983. Ч.1.

4. Книга для чтения по неорганической химии: В 2 ч. Сост. В.А. Крицман. М.: «Просвещение», 1984. Ч.2.

5. Лидин Р.А. Справочник по общей и неорганической химии. М.: «Просвещение», 1997

6. Неорганическая химия. Энциклопедия школьника. Под общ. ред. М.А. Прокофьева. - М.: Советская энциклопедия, 1975

7. Шульгин Г.Б. Химия для всех. М.: Знание, 1987

8. Энциклопедия для детей. Химия, т.17, М.: Аванта, 2001

9. Ходаков Ю.В. Неорганическая химия. М.: «Просвещение», 1972. 

10. Енкова Т.М. Внеклассная работа по химии. – М.: «Дрофа». 2004.

11Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: «Химия». 1987.

12. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. – М.: «Химия». 1989.

13Девяткин В.В., Ляхова Ю.М. Химия для любознательных или о чем не узнаешь на уроке. – Ярославль.: «Академия развития, Академия, Кo, Академия холдинг». 2000.

Литература для учащихся

1. Габриелян О. С. Химия. 8 класс. – М.: Дрофа. 2002. – 208 с.
2. Габриелян О. С. Химия. 9 класс. – М.: Дрофа. 2002. – 224 с.
3. Кузьменко Н.Е., Еремин В.В. Химия для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: «Дрофа». 1999.
4. Штремплер Г.И. Химия на досуге. Домашняя лаборатория. – М.: «Просвещение» – «Учебная литература». 1996.
5. Энциклопедический словарь юного химика. – М.: Педагогика. 1982.

6.Гумановская Е.Ю. Уход за волосами. – Уфа: Диля. 2000.

7.Карпов А.А. Кожа. – Ростов-на-Дону: Феникс. 2004.

8.Колесов Д.В., Р.Д. Маги, И.Н. Беляев. Человек. – М.: Дрофа. 2000.

9.Татура Ю.В. Уход за кожей лица и тела: тонкости, хитрости и секреты. – М.: Медицина. 1994.

Темы проектных работ:

1.  Моющие средства. Вчера, сегодня, завтра.
2.  Мыльные растворы и экология.
3.  Влияние моющих средств на организм.
4.  Современные шампуни. Качество или подделка.

5.   Рекомендации для пользователей современными моющими средствами.