Моющие вещества (МВ) составляют основу всех СМС и определяют их свойства; это мицеллообразующие поверхностно-активные вещества, благодаря которым растворы обладают моющей способностью. МВ делятся на два класса: ионогенные вещества, диссоциирующие в воде на ионы, и неионогенные - не подверженные электролитической диссоциации.
Ионогенные МВ называются анионактивными, если поверхностно-активные ионы несут отрицательный заряд. Катионактивными, если поверхностно-активные положительно заряженные ионы, и амфотерными, или амфолитными, если поверхностно-активные ионы имеют отрицательный заряд в щелочной среде и положительный - в кислой. Анионактивные МВ получили наиболее широкое распространение. На их основе получают все жировые мыла и большинство СМС. Для производства товарных жировых мыл служат главным образом натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, изготавливаемые из масел растительных и жиров животных.
Важнейшие представители синтетических анионактивных МВ - соли сульфокислот и кислых сульфоэфиров (алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты) и сульфированные жиры, масла и жирные кислоты. Другие анионактивные МВ выпускаются в относительно малых количествах. Неионогенные МВ, входящие в состав некоторых СМС занимают 2-е место после анионактивных по объёму промышленного производства. Большинство неионогенных веществ - полиоксиэтиленовые (полигликолевые) эфиры различных органических кислот,
спиртов, алкилфенолов и алкилнафтолов, полиоксиэтиленовые производные алифатических аминов и амидов, меркаптанов и т.д. Катионактивные и амфотерные вещества составляют лишь несколько % в общем объёме производства МВ и имеют ограниченное хозяйственное значение.
Из катионактивных веществ наиболее важны соли четвертичных аммониевых и пиридиниевых оснований, обладающие бактерицидным действием. В молекулах амфотерных веществ находятся как основные (обычно аминогруппы), так и кислотные (карбоксильные, сульфоновые или сульфоэфирные) группы.
СМС обязательно содержат ряд вспомогательных веществ, улучшающих их моющую способность. В состав моющих композиций для стирки включают щелочные соли слабых неорганических кислот (карбонат и бикарбонат натрия, силикаты натрия, фосфаты).
В связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды промышленными и бытовыми отходами особое внимание при разработке новых рецептур синтетических М. с. уделяют подбору веществ биологически "мягких", т.е. легко разлагаемых бактериями в природных условиях. Препараты на основе таких веществ (например, производных алифатических кислот и спиртов линейного строения) постепенно вытесняют из употребления М. с., содержащие биологически "жёсткие" - неразлагаемые - компоненты (например, производные алкилароматических соединений разветвлённого строения).
СМС, попадая в окружающую среду (водоемы), изменяют её кислотно-щелочной баланс. Водные организмы приспособлены к определенной величине рН. Когда значение рН снижается до 4,5 - 5,0 может исчезнуть значительное количество водных организмов, составляющих основу пищевой цепи. Это, в свою очередь, сказывается на птицах, рыбах, пресмыкающихся и млекопитающих, которым погибшие виды служат источником питания. При величине рН более 9,0 вода тоже становится непригодной для большинства водных организмов. Особенно чувствительны к изменению кислотности икра и мальки рыб.
Уменьшение величины рН может также способствовать переходу в воду ионов металлов, содержащихся в донных отложениях, которые в обычных условиях осаждаются на дно с частицами взвеси и погребаются в толще донных отложений.
В последнее время в пробах природной воды все чаще обнаруживаются фосфаты. Виновник - человек. Мы используем стиральные порошки, которые содержат фосфаты, добавляемые для снижения жесткости воды при стирке. А в нашей стране пока нет технологии позволяющей в требуемой степени очищать стоки от фосфатов. Неочищенные стоки, после очистных сооружений, сливаются в реки.
Одна из наиболее актуальных проблем на сегодня - защита окружающей среды от различных загрязнений - отходов производства и продуктов жизнедеятельности людей. К главным источникам загрязнений имеют непосредственное отношение предприятия службы быта, например прачечные, использующие моющие средства, важнейшими из которых являются синтетические моющие средства (СМС). Рецептуры современных СМС представляют собой сложные смеси различных веществ. Основная составная часть CMC - органические поверхностно-активные вещества (ПАВ), обладающие смачивающей, эмульгирующей, пептизирующей и пенообразующей способностью. Совокупность этих свойств обусловливает их моющее действие. Для усиления моющего эффекта поверхностно-активных веществ в состав синтетических моющих средств входят щелочные и нейтральные электролиты, алкилоламиды, карбоксиметилцеллюлозу и др. Полезными добавками являются отбеливающие вещества (перекисные соли, оптические отбеливатели).
Отработанные стоки прачечных, сбрасываемые в канализацию, содержат все химические соединения, входящие в состав СМС, а также загрязнения (переходящие в процессе стирки с очищаемой поверхности одежды грязевые частицы - сажа, различные минерально-масляные и жировые загрязнения, волокна стираемых изделий). В зависимости от вида и количества щелочных солей, входящих в состав СМС, рН сточных вод составляет 7-10 ед. Таким образом, стоки прачечных сложны по составу, имеют щелочную среду и в значительной степени загрязнены органическими веществами, ПАВ и грязевыми частицами.
Недостатком большинства CMC является их трудная биоусвояемость (перевариваемость) в сточных водах микроорганизмами, так как фактически для них это яды. Поэтому сточные воды, содержащие синтетические моющие средства, сильно загрязняют водоемы (реки, озера). Попадание ПАВ в водоемы неблагоприятно влияет на органолептические (цвет, запах, вкус) и бактериологические показатели воды. Это происходит не только за счет свойств обозначенных веществ, а в основном в результате стабилизации в воде других соединений, которая возможна вследствие способности ПАВ к солюбилизации и эмульгированию. Таким образом, недопустимо сбрасывать в водоемы сточные воды прачечных без предварительной очистки.
Используемое для очистки сточных вод от загрязняющих их примесей оборудование, принцип работы которого основан на традиционных способах механической и физико-химической обработки, часто оказывается недостаточно результативным по разным причинам. Поэтому разработка и внедрение высокоэффективного оборудования, а также технологических приемов, позволяющих очищать сточные воды до требуемых параметров, является актуальной задачей в технологии водоочистки. В настоящее время наиболее рациональными и достаточно эффективными способами очистки можно назвать сочетание электрохимических и сорбционных процессов.
СМС, попадая в окружающую среду (водоемы), изменяют её кислотно-щелочной баланс. Водные организмы приспособлены к определенной величине рН. Когда значение рН снижается до 4,5 - 5,0 может исчезнуть значительное количество водных организмов, составляющих основу пищевой цепи. Это, в свою очередь, сказывается на птицах, рыбах, пресмыкающихся и млекопитающих, которым погибшие виды служат источником питания. При величине рН более 9,0 вода тоже становится непригодной для большинства водных организмов. Особенно чувствительны к изменению кислотности икра и мальки рыб.
Уменьшение величины рН может также способствовать переходу в воду ионов металлов, содержащихся в донных отложениях, которые в обычных условиях осаждаются на дно с частицами взвеси и погребаются в толще донных отложений.
В последнее время в пробах природной воды все чаще обнаруживаются фосфаты. Виновник - человек. Мы используем стиральные порошки, которые содержат фосфаты, добавляемые для снижения жесткости воды при стирке. А в нашей стране пока нет технологии позволяющей в требуемой степени очищать стоки от фосфатов. Неочищенные стоки, после очистных сооружений, сливаются в реки.
На окружающую среду»
Одна из наиболее актуальных проблем на сегодняшний день- защита окружающей среды от различных загрязнений – отходов производства и продуктов жизнедеятельности людей. К главным источникам загрязнения имеют непосредственное отношения предприятия службы быта, которые сбрасывают синтетические моющие соединения, которые содержатся в моющих средствах, в водоёмы. . Не только промышленные предприятия наносят вред рекам, выбрасывая в них токсичные вещества. Люди тоже загрязняют водоёмы синтетическими моющими средствами, например, когда моют машину автошампунем в реке, стирают или моют посуду. Выливая в воду даже не большое количество порошка или средства для мытья посуды, мы губим многие микроорганизмы, водоросли , беспозвоночных. СПАВ способны накапливаться в организме и вызывать необратимые патологические изменения ..
Актуальность проблемы:
Выбор моей темы исследования был обусловлен тем, что с каждым годом растет использование СМС и выброс их в природные водоемы . Я хотела посмотреть, как синтетические моющие средства влияют на водные растительные организмы и тест растения.
Исходя из этого целью данной работы является: Изучить влияние синтетических моющих средств на растения и на живые организмы. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить литературу по данной теме.
2. Изучить методику исследования.
3. Экспериментально исследовать влияние синтетически моющих средств на растения и на живые организмы.
4. Сделать вывод.
Оборудования: СМС- стиральный порошок миф, автошампунь, жидкость для мытья посуды, чашка Петри, микроскоп, предметные стекла.
Объекты исследования: Элодея канадская, кресс-салат, одноклеточные организмы.
Опыт1.Влияние СМС на водные растение. Своё исследование я проводила осенью 2014 года согласно методикам. Отбор водных растении производился в реке Ашкадар. Одноклеточные организмы были разведены на сенном растворе.1.Мы взяли синтетическое моющее средство и приготовили из него водный раствор в соотношении на 100 гр. воды 30 гр. Порошка или жидкого средства.2.Поместили веточки элодеи в стакан с речной водой и раствором СМС. Каждые три дня мы добавляли по капле приготовленного раствора. 3.Через 10 дней мы вынули веточки элодеи сравнили их: отличия можно было заметить невооружённым глазом, цвет растений изменился и принял серовато - зелёную окраску. Опыт проводили в трёх кратной повторности. 4.Далее мы приготовили микропрепарат: листа элодеи из сосуда с чистой водой и раствора СМС.
5.Поочерёдно мы рассмотрели микропрепараты под микроскопом и сравнили состояние растительных клеток.
Результаты.
Контроль | Без изменений | Без изменений | Без изменений |
|
Стиральный порошок (ручная стирка) | Листья зелёные, вода не мутная | Вода приобретает зеленоватый оттенок, листья теряют яркость | Вода мутная, листья становятся коричневыми, на поверхности воды образуется плёнка | Листья полностью обесцветились. |
Средство для мытья посуды | Листья зелёные, вода не мутная | Листья теряют яркость | Вода мутнеет, листья коричневее | Мутная вода, листья тусклые |
Автошампунь | Листья зелёные вода не мутная | Без изменений | Вода становиться серой | Листья немного тускнеют |
Проделав опыт выяснила что наиболее губительное воздействие на водные растения оказывает стиральный порошок. Даже небольшое количество данного СМС убивает в растениях хлоропласты. Рассмотрев листья под микроскопом, мы не обнаружили в них хлоропластов Средство для мытья посуды разрушает клетки листьев и стебли растений. Автошампунь листья обесцвечиваются и погибают хлорофиллы. Следовательно, СМС оказывают негативное влияние на растения на клеточном уровне, разрушая клеточные стенки растений и вызывая изменения в цитоплазме.
Опыт № 2. Влияние СМС на тест растения. Исследования проводились по методикам, предложенным и в «Практикуме по экологии и охране окружающей среды », 2003, а также в учебном пособии для вузов «Экологический мониторинг» под редакцией, 2005. Семена кресс салата являются очень чувствительными индикаторами токсичных веществ. В течение 10 дней согласно методике, поливала растворами СМС и все наблюдения заносила в таблицу. Контроль поливала дистиллированной водой. Я проводила опыт в течение десяти дней, полученные результаты занесла в таблицу.
Из данных таблицы 1 видно, что: наиболее благоприятной для роста и развития проростков тест-растений является субстрат с. Средство для мытья посуды «Fairy» и Автошампунь так как в данных пробах проросли 50% семян кресс салата и неблагоприятным субстратом оказалось Стиральный порошок «Миф» так как в данных пробах, проросли менее 50% с6емян кресс салата. Исходя из результатов исследования, можно сделать вывод о том, что СМС влияют на всхожести семян кресс-салата.
Опыт № 3.
Изучения влияния СМС на обитателей водоемов.
Эту работу проводили на простейших – одноклеточные существа удобны для наблюдения под микроскопом и важны для экосистемы, так как являются начальным звеном пищевой цепи. На предметное стекло наносили 2 капли жидкости с простейшими и каплю чистой воды, в которую добавляли минимальное, взятое на кончике препаровальной иглы, количество СМС. Затем каплю раствора СМС соединяли тонкой перемычкой (с помощью препаровальной иглы) с одной из капель с простейшими. После этого наблюдали за поведением простейших в этой и другой (контрольной) капле, отмечая характер происходящих изменений и время.
Результаты исследований представлены в табл.
Наблюдения показали, что под воздействием даже незначительного количества СМС жизнедеятельность микроорганизмов существенно меняется. Характер движения простейших становится иным: из поступательного оно превращается во вращательное (на одном месте). Через некоторое время простейшие погибают.
Вывод: Входе исследования было изучено влияние растворов синтетических моющих средств на растения и на живые организмы. Объектами исследования были выбраны водное растение, кресс-салат и одноклеточные организмы. В результате исследования были получены следующие результаты.
Синтетические моющие средства предназначены для удаления загрязнений с разных материалов и поверхностей. Они значительно облегчают труд хозяек и позволяют экономить время.
СМС оказывают негативное влияние на водные растения на клеточном уровне, повреждая клеточные стенки и вызывая гибель клеток.
Даже незначительные количества СМС, влияют на рост и развитие растений и вызывают гибель зародышей.
В результате проведенного эксперимента установлено, что более губительное действие оказывает стиральный порошок ручной стирки. Менее губительным является жидкость для мытья посуды и автошампунь.
Из результатов исследования видно, что синтетические моющие средства оказывают пагубное влияние на растения, они разрушают клетки, тормозят процессы развития растений, способны вызвать гибель зародышей в семенах. Следовательно, необходимо контролировать поступление СМС в водоемы со стоками и не допускать попадание растворов моющих средств в почву и непосредственно в водоемы.
Литература.
1. , Гущина по экологии: Учебное пособие/ под ред. . - М.:АО МДС, 1996.- 192с.
2. Ашихмина экологический мониторинг. Учеб. методич. пособие/Под ред. . – М.: Агар, 2000
3. , «Экологический практикум»: учебное пособие с комплектом карт-инструкций. - СПБ. Крисмас+2003 год.
Сайты Интернета: 1.1 http://www. volganet. ru/, 2.2 http://www. edc. samara. ru
Цель: усвоение умений самостоятельно в комплексе применять знания, умения и навыки, осуществлять их перенос в новые условия практической и исследовательской деятельности
Задачи:
Образовательные : освоение содержания экологического образования, смысл которого заключается в понимании естественных законов природы и их соотнесение с «искусственными законами» развития социума.
Развивающие : развитие ключевых компетентностей школьников на примере содержания экологического образования; развитие исследовательских умений учащихся по оценке состояния различных компонентов окружающей среды.
Воспитательные: формирование системы базовых ценностей (жизнь, здоровье, человек, сохранение биологического разнообразия, культурного наследия и др.), создание условий для творческой самореализации и саморазвития школьников.
Регулятивные: организовывать своё рабочее место под руководством учителя; определять план выполнения заданий на уроке, оценивать результат своей деятельности.
Коммуникативные: выработанные умения и навыки экологически грамотного поведения в окружающей среде, с другими людьми, гармоничное взаимодействие и устойчивое развитие в системе « Природа - Общество».
Планируемые результаты
Познавательные: осмысление учащимися ценностей феномена жизни, ценности каждой формы существования жизни; ценности существования человека, его здоровья, социо-космической значимости; формирование ключевых компетентностей на содержании экологического образования;
Предметные: формирование природосообразного стиля поведения человека в окружающей среде, базирующегося на знании законов взаимодействия человека с окружающей средой; развитие экологического мышления -предполагающего способность к установлению причинно-следственных связей, системному анализу действительности, моделированию и прогнозированию развития окружающей среды;
Личностные: развитие экологического мышления - гибкого вероятностного мышления, предполагающего способность к установлению причинно-следственных связей, системному анализу действительности, моделированию и прогнозированию развития, окружающей среды; развитие исследовательских умений по оценке и системному анализу состояния окружающей среды.
Метапредметные : связи с такими учебными дисциплинами как биология, химия, физика, география - будут способствовать более высокому уровню владения навыками по данному курсу и реализации задач пред профильной подготовки школьников.
Тип урока - - исследование, на котором экспери-мент служит наглядным пособием
Форма - практико-ориентированная деятельность учащихся
Методы: , частично-поисковый, исследовательский, проведении учащимися экспериментов.
Приготовление модельных растворов и образцов
Мутность воды . Обучающимся раздают пробирки с водой различной мутности. Можно использовать воду с добавлением различных веществ (молока, почвы и т.д.). Обучающиеся должны научиться пользоваться мутномером и определять показатель мут-ности, пользуясь соответствующей картой-инструкцией.
Изучение запаха . Для приготовления растворов используют конические или плоскодонные колбы на 250 мл. Приготовленные растворы разливают в пронумерованные пробирки до половины высоты и закрывают пробками. Пробирки ставят в штативы.
Вода с временной жесткостью . В стакан с известковой во-дой пропускают углекислый газ из аппарата Киппа (или другого прибора) до появления осадка, а затем его растворения.
Вода с постоянной жесткостью . В колбе на 250-500 мл с дистиллированной или чистой кипяченой водой растворяют 1,0 г
хлорида кальция. Если останется осадок, то его надо отфильтро-вать либо декантировать (слить жидкость с отстоявшегося осадка).
Вода, загрязненная нефтепродуктом (жиром). В 0,5 л теп-лой или горячей воды наливают 1 чайную ложку растительного масла, интенсивно перемешивают. Используют мутный раствор, который может иметь масляную пленку. Аналогично можно при-готовить раствор из реального нефтепродукта, используя отрабо-танное карбюраторное масло, керосин и др. малолетучие нефте-продукты.
Вода, загрязненная механическими примесями . В 0,5 л воды помещают 1 чайную ложку измельченной почвы, строительного мусора, твердых атмосферных выпадений и т.п. Смесь интенсивно перемешивают. Используют мутный раствор, содержащий види-мые глазом взвешенные частицы.
Влияние синтетических моющих средств (СМС) на зеленые водные растения.
Цели работы: изучение влияния синтетических моющих средств на водные растения, ознакомление с методом очистки во-ды от СМС.
Информация. Синтетические моющие средства (СМС), в от-личие от мыла, пригодны для стирки в воде любой жесткости. По-этому их удобно использовать при машинной стирке белья. Состав СМС бывает разным, но почти в каждом из них присутствуют по-верхностно-активные вещества, предназначенные для улучшения смачивания, удаления загрязнителей и удерживания их в растворе. Кроме поверхностно-активных веществ, в состав СМС вводят также различные добавки - ароматизаторы, антистатики, отбели-ватели и др.
После того как моющий раствор отработал, он попадает со сточными водами в городскую канализацию, затем в очистные сооружения, а иногда, без всякой отчистки, непосредственно в грунт или водоем. Попадая в канализацию, содержащие СМС сточные воды затрудняют работу очистных сооружений, вызы-вают обильное образование пены. Накапливаясь в активном иле, СМС угнетающе действуют на развитие микроорганизмов. СМС и его компоненты наносят вред рыбам и другим гидробионтам. Особенно большой вред наносится планктонным и бентосным организмам, составляющим основу пищевых цепей в водоеме. Планктон погибает при содержании поверхностно-активных веществ 1-1,5 мг/л, рыбы - 3-5 мг/л.
Оборудование из комплекта: воронка стеклянная, держатель для пробирок, палочка стеклянная, пробирки - 2шт, стакан на 50 мл - 2 шт., стекла покровные и предметные, столик для сухого го-рючего, штатив для пробирок, фильтр бумажный.
Оборудование из кабинета: микроскоп, спиртовка.
Реактивы и материалы: раствор СМС, хлорид калия или на-трия, рН-тест (индикаторная бумага), чистая вода, веточки элодеи.
А. Влияние СМС на зеленые водные растения
1.Поместите по веточке элодеи в стакан с чистой водой и в стакан с раствором СМС.
2.Через 20 минут опишите изменения обеих ве-точек: цвет, форму, состояние листьев.
3.Приготовьте два микропрепарата листа эло-деи: из сосуда с чистой водой и из сосуда с рас-твором СМС.
4.Поочередно рассмотрите микропрепараты под микроскопом и сравните состояние расти-тельных клеток.
Обесцвечивание листа элодеи в стакане с раствором СМС через сутки
Сделайте вывод о влиянии СМС на растение элодею.
Зафиксируйте результаты экспериментов в тетради.
О вреде синтетических моющих средств
Опасные моменты " чистой " жизни
Ресурсы:
Муравьев А.Г., Пугал Н.А., Лаврова В.Н. Экологический практикум: Учебное пособие с комплектом карт-инструкций / Под ред. к.х.н. А.Г. Муравьева. - СПб.: Крисмас+, 2003. - 176 с.: ил.
Хостинг презентаций
Моющие средства - вещества или смеси веществ, применяемые в водных растворах для очистки (отмывки) поверхности твёрдых тел от загрязнений.
К моющим средствам относятся многокомпонентные смеси синтетических моющих (мылоподобных) веществ и различных вспомогательных составляющих (минеральных солей, органических добавок и др.) - так называемых синтетических моющих средств, все виды товарного жирового мыла, ряд продуктов природного происхождения (например, сапонины, жёлчь).
Теория моющего действия, разработанная академиком П.А. Ребиндером, рассматривает сложный комплекс различных процессов.
Согласно этой теории моющие средства должны быть высоко поверхностно-активными веществами (ПАВами), эмульгаторами гидрофильной природы. Поверхностное натяжение моющего раствора должно быть почти вдвое ниже, чем у воды.
ПАВы
Что такое ПАВ?
Поверхностно-активные вещества – это химические соединения, способные накапливаться на поверхности соприкосновения двух тел или двух термодинамических фаз (называемых поверхностью раздела фаз ), и вызывающие снижение поверхностного натяжения веществ, образующих эти фазы.
На межфазной поверхности поверхностно-активные вещества образуют слой повышенной концентрации - адсорбционный слой .
Строение ПАВ
Строго говоря, очень многие вещества при соответствующих условиях могут проявить поверхностную активность, т. е. адсорбироваться под действием межмолекулярных сил на той или иной поверхности, понижая её свободную энергию.
Однако поверхностно-активными обычно называются лишь те вещества, присутствие которых в растворах уже при весьма малых концентрациях (десятые и сотые доли %) приводит к резкому снижению поверхностного натяжения вещества этих растворов.
Как правило, такие вещества имеют дифильное строение молекул.
Слово дифильный можно перевести как «двояколюбящий» (от philéo - люблю). Или, выражаясь по-русски, дифильными можно назвать молекулы, имеющие сродство к веществам с разной природой.
Например, вода и масло почти не взаимодействуют друг с другом. Если их смешать в одной ёмкости, то такая смесь через некоторое время расслоится. Вода, как более тяжёлая, окажется внизу ёмкости, а масло соберётся в верхней её части.
Молекулы воды взаимодействуют друг с другом при помощи ориентационных сил, а молекулы масла – при помощи дисперсионных сил. Таким образом, при встрече вода и масло проявляют друг к другу безразличие.
В молекулах дифильных веществ одновременно присутствуют как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).
Примером полярных групп могут служить: –OH, -COOH, -NO2, -NH2, -CN, -OSO3 и т.д. Неполярной частью молекулы обычно являются углеводородные радикалы.
К ПАВам относятся карбоновые кислоты, их соли, спирты, амины, сульфокислоты и другие вещества.
Самым распространённым примером веществ с дифильной структурой являются мыла – натриевые и калиевые соли высших жирных кислот:
CH3 (CH2 )n COONa.
Работа ПАВ в моющих средствах
Дифильные вещества обладают замечательным качеством. Они являются своего рода «мостиками», при помощи которых становится возможным взаимодействие фаз, до этого «игнорировавших» друг друга.
Действие таких веществ проявляется на поверхности соприкасающихся фаз и приводит к ативности сами вещества фаз, которые до этого момента не взаимодействовали.
Благодаря своим качествам ПАВы могут использоваться в составах моющих средств или стабилизаторов эмульсий.
В моющих средствах ПАВы работают следующим образом.
Молекула ПАВ – это дифильная молекула, имеющая в своём составе, как полярные (гидрофильные) группы, так и неполярные (гидрофобные).
Таким образом, своим гидрофобным хвостом она может взаимодействовать с молекулами загрязнения, а при помощи своей полярной группы связывается с полярной молекулой воды.
Одновременно с этим молекулы ПАВ внедряются в поверхностный слой загрязнения и понижают силы взаимного притяжения между молекулами загрязнения.
Говоря по-другому, молекулы ПАВ положительно адсорбируются в поверхностном слое загрязнения и снижают поверхностное натяжение взаимодействующих фаз. Это, в свою очередь, облегчает возможность отрыва отдельных кусочков загрязнения от основной его массы. Оторванные части загрязнения уносятся водой.
Фазы моющего действия
Моющее действие - совокупность физико-химических процессов, приводящих к очистке поверхности твёрдых тел от загрязнений.
Согласно представлениям П. А. Ребиндера, комплекс «моющего действия» включает:
- Смачивание,
- Эмульгирование, и
- стабилизацию.
Смачивание
Смачивание – первая фаза моющего действия.
Входе смачивания происходит повышение смачиваемости очищаемой твёрдой поверхности моющей жидкостью.
Смачиваемость – это характеристика взаимодействия молекул жидкости с молекулами твёрдого тела (например, загрязнения).
Смачивание произойдёт, если сила притяжения между молекулами жидкости и молекулами твёрдого вещества окажется больше, чем аналогичная сила между самими молекулами жидкости.
В этом случае жидкость растечётся по поверхности, покрывая её. В этом случае говорят, что твёрдое тело смачивается жидкостью.
Если же притяжение между самими молекулами жидкости больше, чем между молекулами этой жидкости и молекулами твёрдого тела, то смачивание не произойдёт. Жидкость будет скатываться с поверхности тела. Поговорка «как с гуся вода», как раз на эту тему.
Загрязнения очень часто имеют жирную (гидрофобную) природу и поэтому не смачиваются водой. Но добавление в воду ПАВа уменьшает поверхностное натяжение воды и увеличивает её смачивающую способность.
Таким образом, при помощи добавления ПАВа в воду возникает взаимодействие молекул раствора моющего средства и молекул загрязнения.
В ходе смачивания происходит, расчленение крупных частиц загрязнения на более мелкие части (диспергирование ) и отрыв этих частиц от очищаемой поверхности.
Попадая в раствор моющего средства, частички загрязнения продолжают распадаться на ещё более мелкие образования. Этот процесс измельчения называется пептизацией . Таким образом, загрязнение переходит в дисперсную фазу.
Эмульгирование
Перешедшие в моющий раствор частички загрязнения эмульгируются , т.е. обвалакиваются молекулами ПАВа. В результате обволакивания образуются так называемые мицеллы.
Мицеллы (уменьшительное от лат. mica - частица, крупинка) - частицы в коллоидных системах, состоящие из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя.
Если ядро мицеллы представляют собой частичку вещества жирной (гидрофобной) природы, то дифильные молекулы ПАВа окружив её, будут сориентированы следующим образом: углеводородные (гидрофобные) концы молекул ПАВа будут обращены к частичке загрязнения, а полярные (гидрофильные) части будут ориентированы вовне, т.е. смогут взаимодействовать с молекулами воды. В результате станет возможным растворение образовавшихся мицелл в водной среде растворителя. Такой процесс растворения называется солюблизацией.
Солюблизация – это коллоидное растворение, происходящее через образование коллоидных мицел. Оно становится возможным только благодаря присутствию в растворе дифильных молекул ПАВа. Изначально растворяемые частицы загрязнения не имели сродства к растворителю и не могли быть растворены в нём.
При попадении в растворы ПАВ газа (в быту - воздуха) образуется пена. Пена является гетерогенной системой (газ в жидкости), в которой пузырьки газа разделены прослойками жидкости. Частицы загрязнения могут располагаться между пузырьками воздуха и выносится на поверхность раствора.
Стабилизация
В моющем процессе одновременно существуют два явления, а именно: отделение загрязнения от поверхности, которую мы хотим очистить и повторное его осаждение на эту поверхность. Следовательно, важно, чтобы моющее средство не только эффективно удаляло загрязнения с поверхности, например, ткани, но и удерживало их в растворе, препятствуя их повторному осаждению.
То есть, моющее средство должно обладать стабилизирующим действием , препятствующим повторному осаждению загрязнений на отмытую поверхность.
Это вызывает необходимость вводить в состав моющих средств специальные защитные коллоиды, в частности, карбоксиметилцеллюлозу, сульфатцеллюлозу, производные крахмала, этансульфонат целлюлозы и пр.
Эти вещества осуществляют стабилизацию загрязнений в виде высокодисперсной фазы - мельчайших капелек или твёрдых частиц, равномерно распределённых в моющем растворе.
Классификация моющих веществ
Моющие вещества, как и ПАВы, делятся на два основных класса:
- ионогенные вещества, диссоциирующие в воде на ионы, и
- неионогенные - не подверженные электролитической диссоциации
Ионогенные моющие вещества
Ионогенные моющие вещества, в свою очередь, могут быть:
- анионактивными, если поверхностно-активные ионы несут отрицательный заряд,
- катионактивными, если поверхностно-активны положительно заряженные ионы и
- амфотерными или амфолитными, если поверхностно-активные ионы имеют отрицательный заряд в щелочной среде и положительный - в кислой.
Анионактивные моющие вещества получили наиболее широкое распространение. На их основе получают все жировые мыла и большинство синтетических моющих средств.
Для производства товарных жировых мыл служат главным образом натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, изготавливаемые из растительных масел и животных жиров.
Важнейшие представители синтетических анионактивных моющих веществ - соли сульфокислот и кислых сульфоэфиров (алкилсульфонаты, алкиларилсульфонаты, алкилсульфаты) и сульфированные жиры, масла и жирные кислоты.
Другие анионактивные моющие вещества выпускаются в относительно малых количествах.
Катионактивные и амфотерные вещества составляют лишь несколько процентов в общем объёме производства моющих веществ и имеют ограниченное хозяйственное значение.
Из катионактивных веществ наиболее важны соли четвертичных аммониевых и пиридиниевых оснований, обладающие бактерицидным действием.
В молекулах амфотерных веществ находятся как основные (обычно аминогруппы), так и кислотные (карбоксильные, сульфоновые или сульфоэфирные) группы.
Неионогенные моющие вещества
Неионогенные моющие вещества, входящие в состав некоторых моющих средств, занимают 2-е место после анионактивных по объёму промышленного производства.
Большинство неионогенных веществ - полиоксиэтиленовые (полигликолевые) эфиры различных органических кислот, спиртов, алкилфенолов и алкилнафтолов, полиоксиэтиленовые производные алифатических аминов и амидов, меркаптанов и т. д.
Вещества, входящие в состав моющих средств.
Синтетические моющие средства обязательно содержат ряд вспомогательных веществ, улучшающих их моющую способность.
В состав моющих композиций для стирки включают:
- щелочные соли слабых неорганических кислот (карбонат и бикарбонат натрия, силикаты натрия, фосфаты различного состава),
- нейтральные соли (сульфат, хлорид натрия),
- соли перекисных кислот, обладающие отбеливающими и дезинфицирующими свойствами (перборат и перкарбонаты натрия).
Важную роль играют органические компоненты моющих средств:
- карбоксиметилцеллюлоза, предотвращающая ресорбцию - повторное отложение загрязнений из моющего раствора на отмытую поверхность;
- оптические отбеливатели (красители), применяемые для устранения жёлтого оттенка неокрашенных тканей;
- так называемые гидротропы, увеличивающие растворимость и ускоряющие растворение моющих веществ в воде.
Некоторые моющие вещества содержат:
- ферменты, обеспечивающие удаление нерастворимых белковых загрязнений,
- органические бактерициды (гексахлорофен, трихлоркарбанилид и др.),
- стабилизаторы пены (например, алкилоламиды) или пеногасители;
- во многие моющие вещества добавляют душистые вещества (отдушки).
Рецептурный состав моющих веществ определяется их назначением, экономическими и санитарно-гигиеническими требованиями.
Виды моющих средств
Различают синтетические моющие средства:
- для стирки,
- мытья посуды и домашней утвари,
- туалетные,
- промышленного назначения и др.
Моющие средства для стирки можно разделить на группы:
- средства для шерстяных и шёлковых тканей,
- хлопчатобумажных и льняных тканей,
- универсальные средства для тканей разных типов, в том числе из химических волокон,
- для стирки сильно загрязнённых изделий из грубых тканей.
Влияние моющих средств на окружающую среду.
В последние несколько десятилетий постоянно росло потребление синтетических моющих средств и соответственно происходило сокращение потребления мыла.
Это обстоятельство породило важную проблему - проблему очистки сточных вод.
Дело в том, что многие синтетические моющие средства, в отличие от мыл, не подвержены естественному биохимическому разложению и не задерживаются фильтрующими установками, и это приводит не только к загрязнению рек и других водоёмов, но и к проникновению ПАВ в источники питьевой воды, что непосредственно влияет на здоровье человека..
Биохимическим разложением называется разложение органических веществ под действием ферментов, производимых бактериями и другими микроорганизмами.
Биоразложение протекает очень медленно, конечными продуктами его являются вода и диоксид углерода.
Для массового производства и потребления моющих средств необходимо применять такие ПАВ и другие моющие вещества, которые были бы подвержены сравнительно быстрому их распаду.
В настоящее время приняты законы, разрешающие производство и применение ПАВ для моющих средств, биоразлагаемых не менее чем на 80%.
Биоразлагаемость некоторых ПАВов.
Хорошей биоразлагаемостью (на 80-90%) обладают алкилбензолсульфонаты с неразветвлённой алкильной цепью (С10 -С14). Она увеличивается при добавлении в раствор глюкозы.
Биоразлагаемость алкилсульфонатов, полученных из нормальных парафинов, достигает 98%, олефинсульфонатов – 90-95%, у алкилсульфатов (С10-С18) – 97,9%.
Неиногенные ПАВ разлагаются легче, чем анионактивные, но их биоразлагаемость понижается с увеличением числа присоединённых групп этиленоксида и разветвлённости гидрофобной части молекулы.
Сульфаты неионогенных ПАВ, полученных на основе прямоцепочных жирных спиртов, легко разлагаются, и длина этиленоксидной цепи не влияет на степень и скорость разложения.
Разные подходы в защите окружающей среды
По данным ряда исследователей, для защиты окружающей среды при производстве и употреблении моющих средств наиболее рациональным путём является замена алкилбензолсульфонатов алкилсульфатами и алкилсульфонатами, а также применение натуральных жирных кислот и их производных, кукурузного крахмала и других, биоразлагаемость которых является стопроцентной.
Наличие моющих средств в сточных водах вызывает обильное пенообразование за счёт остаточных ПАВ, фосфатов и других компонентов моющих средств, что затрудняет биологическую очистку.
Но существует и другой подход, заключающийся в том, что введение в действие эффективных методов очистки сточных вод экономически целесообразнее, чем замена плохоразлагающихся компонентов моющих средств другими, менее эффективными в моющем действии.
