Działanie myjące i piorące mydeł

Mydła to związki organiczne, sole (najczęściej sodowe i potasowe) wyższych kwasów karboksylowych zwanych kwasami tłuszczowymi, najczęściej palmitynowego (C15H31COOH), stearynowego (C17H35COOH) i oleinowego (C17H33COOH), o wzorach ogólnych odpowiednio CnH2n+1COONa i CnH2n-1COONa (gdzie n wynosi 11 - 17)


model cząsteczki mydła, omówienie jego budowy


Mydła znane są od starożytności i służą od tego czasu jako środki myjące i piorące. Myjący efekt mydeł wynika z ich własności amfifilowych. W wodzie tworzą one subtelną emulsję. Micele cząsteczek mydła obecne w wodzie przy zetknięciu z nierozpuszczalnym w wodzie brudem (głównie tłuszczami) wnikają w jego strukturę i \"rozpuszczają go\" poprzez wciągnięcie cząsteczek tłuszczu do wnętrza swoich miceli.

Mydła produkuje się zwykle z tłuszczy nasyconych, aczkolwiek znane są także mydła z tłuszczy nienasyconych. Ich proces produkcji polega na długotrwałym gotowaniu tłuszczy ze stężonym roztworem zasady sodowej, magnezowej lub litowej, na skutek, czego dochodzi do zerwania wiązań estrowych i powstania gliceryny i właściwego mydła. Glicerynę czasami usuwa się z końcowego produktu lub zostawia, gdyż ma ona działanie natłuszczające. Współcześnie coraz częściej produkuje się też mydła poprzez bezpośrednią reakcję zasad z kwasami tłuszczowymi otrzymanymi z rafinacji ropy naftowej. Ze względu na rodzaj metalu alkalicznego obecnego w mydłach dzieli się je na:

· Mydła sodowe, które są stałe w temperaturze pokojowej i rozpuszczalne w wodzie - produkuje się z nich mydła w kostkach. (twarde)
· Mydła magnezowe, które są ciekłe w temperaturze pokojowej - produkuje się z nich szampony, płyny do kąpieli i mydła w płynie.
· Mydła litowe, które są pół-ciekłe w temperaturze pokojowej i słabo rozpuszczają się w wodzie - nie stosuje się ich jako środków myjących, lecz stosuje jako dodatki do litowych smarów łożyskowych.
· Mydła potasowe, które są miękkie (maziste) zwane mydłem szarym, rozpuszczalne w wodzie.
Reakcja kwasów karboksylowych z sodem












Procesy Prania
Pranie jest złożonym procesem fizykochemicznym, którego celem jest usuniecie brudu z powierzchni pranego materiału. Odbywa się za pośrednictwem kąpieli piorącej, którą stanowi wodny roztwór mydła lub detergentu. Mechanizmy, które przyczyniają się
do usuwania brudu to zmniejszenie napięcia powierzchniowego kąpieli piorącej, tworzenie na powierzchni brudu otoczek wiążących brud z kąpielą piorącą. Sama woda nie usuwa zbyt łatwo brudu i tłuszczu, gdyż ma wysokie napięcie powierzchniowe, co sprawia, że w zetknięciu z tłuszczem zbiera się w krople. Użycie środka piorącego, czyli na przykład mydła lub detergentu, umożliwia wniknięcie wody w tkaninę, gdyż obniża on napięcie powierzchniowe. Aktywność powierzchniową wykazują wszystkie związki, których cząsteczki są amfifilowe, czyli składające się z części hydrofilowej i hydrofobowej.

W mydle część hydrofobowa, czyli część, która wykazuje właściwości hydrofobowe to łańcuch węglowodorowy. Hydrofobowość to brak tendencji do gromadzenia cząsteczek wody na powierzchni cząsteczek koloidalnych lub makrocząsteczek. Jeżeli rozpuszczalnikiem nie jest woda to właściwość tę określa się jako liofobowość. Częścią hydrofilową w mydle jest grupa –COO–, Na+, która wykazuje właściwości hydrofilowe. Hydrofilowość to zdolność niektórych cząstek koloidalnych i makrocząsteczek do gromadzenia na swojej powierzchni, czyli adsorbowania cząsteczek wody. Jeżeli adsorbowanym rozpuszczalnikiem nie jest woda to właściwość tę określa się jako liofilowość. Środki piorące ułatwiają zwilżanie tłuszczów przez wodę. Mieszanie, tarcie lub inne sposoby mechaniczne użyte podczas prania powodują wytworzenie się emulsji brudu z wodą oraz ułatwiają i przyspieszają ten proces. Wytwarza się przy tym piana, która utrzymuje cząsteczki brudu na powierzchni. Utrudnia to powtórne zetknięcie się ich z materiałem czyszczonym. Cząsteczka brudu jest hydrofobowa. Podczas prania jest ona otaczana przez cząsteczki mydła (detergentu) częścią hydrofobową w skierowaną w stronę brudu. Cząsteczki mydła (detergentu) unoszą cząsteczki brudu z pianą, gdyż odrywają je od powierzchni wody. Woda używana do prania powinna być pozbawiona soli wapnia i magnezu, czyli powinna być miękka. Woda, która zawiera dużo tych soli nazywamy wodą twardą.
W zależności od rodzaju rozpuszczonych w wodzie soli wapnia i magnezu rozróżniamy twardość wody przemijającą (węglanową) i twardość trwałą (niewęglanową).

Twardość przemijającą wywołują rozpuszczone w wodzie wodorowęglany (tak zwane kwaśne węglany) wapnia i magnezu. W wyniku podgrzania zawartości jonów wapnia i magnezu w wodzie, woda staje się bardziej miękka. Twardość przemijającą można usunąć przez zagotowanie wody. Gotowaniu takiej wody towarzyszy osadzanie się na powierzchni naczynia węglanów wapnia i magnezu, tworząc tak zwany kamień kotłowy.Twardość trwałą wywołują sole wapnia i magnezu, w postaci chlorków, siarczanów i azotanów, rozpuszczone w wodzie. Nie można jej usunąć przez zagotowanie wody. W przyrodzie jedynie woda pochodząca z opadów atmosferycznych (deszczówka) jest wodą bardzo miękką. Stosowanie podczas prania wody o zbyt dużej twardości powoduje, że rozpuszczone w niej sole wapnia i magnezu tworzą w reakcji z środkami piorącymi różnego rodzaju związki, które nie mają zdolności usuwania brudu i są przyczyną strat środka piorącego. Związki te mogą ponadto osadzać się na pranym materiale, powodując jego szarzenie lub żółknięcie. W celu usunięcia twardości wody, a więc zmiękczenia, dodaje się do kąpieli piorącej różnych substancji, których zadaniem jest eliminacja z roztworu jonów wapniowych i magnezowych przez wytrącenie nierozpuszczalnych w wodzie związków wapnia i magnezu oraz wiązania jonów wapnia i magnezu w związki kompleksowe rozpuszczalne w wodzie. Aby zmiękczyć wodę dodaje się do wodnego roztworu środka piorącego substancji zwanych kompleksonami. Zapobiegają one powstawaniu osadów jednocześnie zmiękczając wodę. Tworzą związki kompleksowe, które rozpuszczalne są w kąpieli piorącej zamykając w swojej budowie atomy wapnia lub magnezu. Wodę można zmiękczyć także poprzez dodanie do kąpieli piorącej krzemianu sodu (Na2SiO3) lub sody kalcynowanej (amoniakalnej) – węglanu sodu, (Na2CO3). Przy stosowaniu węglanu sodu niekorzystnym efektem jest to, że na ubraniach gromadzą się kryształy węglanu sodu. Kryształy powodują szorstkość, przecieranie się oraz uszkodzenie włókien przy zginaniu.
Krzemian sodowy także używany jest jako substancja zmiękczająca, ale także powoduje szorstkość, łamliwość, szarzenie i żółknięcie pranych tkanin.

Mydło jest detergentem wrażliwym na działanie twardej wody, natomiast inne detergenty nie są wrażliwe na twardość wody i bardzo łatwo wytwarzają pianę, co przy praniu zapewnia znaczną oszczędność środka piorącego. Właśnie, dlatego obecnie bardzo często mydła
w procesie prania zastępowane są detergentami
Osad z mydła w twardej wodzie tworzy się, ponieważ są w niej rozpuszczone sole wapnia lub magnezu, które reagują z mydłem sodowym lub potasowym...
2 C17H35COONa + CaCl2  Ca(C17H35COO)2 + 2 NaCl
...i powstają nierozpuszczalne w wodzie mydła wapniowe lub magnezowe.

MECHANIZM MYJĄCEGO DZIAŁANIE MYDŁA
Mydło w procesie usuwania brudu ,który zawiera tłuszcz i smar, tworzy z anionu kwasu tłuszczowego otoczkę wokół kropelki oleju (smaru).

Mechanizm tworzenia emulsji w procesie usuwania oleju
Otoczka powstaje w wyniku silniejszego oddziaływania a tym samym wnikania do kropelki oleju części węglowodorowej łąńcucha anionu kwasu tłuszczowego. Powstaje wtedy warstwa graniczna od strony oleju. Możemy wtedy powiedzieć, że jonowe (polarne) końce mydła rozpuszczają się w fazie wodnej, a końce węglowodorowe (niepolarne) - w fazie olejowej. Ponieważ końce nie są połączone, tworzy się graniczna powierzchnia międzyfazowa
Na powierzchni zgromadzony ładunek jednoimienny zapobiega zlewaniu się kropelek oleju, tworzy się trwała emulsja oleju i wody, którą można usunąć z oczyszczanej powierzchni.

Mycie i pranie polega na utworzeniu emulsji wodnej z cząstek brudu zlepionych substancjami niepolarnymi (tłuszcze, oleje i inne substancje organiczne), a więc nierozpuszczalne w wodzie.
Mydło pieni się tylko w wodzie miękkiej. W twardej wodzie (zawiera sole wapnia, magnezu) tworzy kłaczkowaty osad soli wapnia i magnezu, które również są mydłami, ale nierozpuszczalnymi w wodzie

2C17H35COONa + CaCl2 ---> (C17H35COO)2Ca(osad) + 2 NaCl
2C15H31COONa + MgSO4 ---> (C15H31COO)2Mg(osad) + Na2SO4

Pienienie mydła jest niezbędnym warunkiem usunięcia brudu. Brak pienienia świadczy, że mamy do czynienia z twardą wodą i dla osiągnięcia pełnego efekty prania konieczne będzie większe zużycie mydła - część mydła zostaje zużyta na wytrącenie z wody wapnia i magnezu. Proces usuwania z wody wapnia i magnezu nazywamy zmiękczaniem wody.
Detergenty mają w cząsteczkach grupy polarne (hydrofilowe o dużym powinowactwie do wody i grupy niepolarne (lipofilowe) o dużym powinowactwie do tłuszczów.
Bańka mydlana - to sferycznie ukształtowana błona mydlana o kształcie zbliżonym do kuli. Powstaje z mieszaniny wody z mydłem, czasami z niewielkim dodatkiem gliceryny utrudniającym parowanie wody - przedłużającym \"żywotność\" bańki.
Rola mydła polega na zmniejszeniu napięcia powierzchniowego w wodzie, z której robi się bańki. Samo zmniejszenie napięcia powierzchniowego nie wystarczy do zrobienia bańki mydlanej, rola mydła polega również na stworzeniu cienkiej warstwy na powierzchni wody (z obydwu stron) - dzięki temu otrzymujemy cienką (kilka mikrometrów) trójwarstwową błonę, której konstrukcję utrzymuje zmniejszone napięcie powierzchniowe wody.