Муниципальная научная конференция молодых исследователей

1
Изготовление мыла .
Автор: Снхчян Ани Симоновна
Российская Федерация, Костромская область
городской округ город Шарья
Муниципальное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 4, 10 класс
Аннотация .
Данная работа посвящена изучению способов получения мыла. В настоящее
время
на прилавках магазинов представлено огромное разнообразие этих средств
гигиены, без которых
человек не мыслит свое существование. Разные по форме,
окраске, запаху, назначению. Но как оказалось в основе всего лежит один процесс –
процесс омыления жиров, известный человечеству с 1817 года, когда французский
химик М.Э.Шеврель открыл стеариновую, пальмитиновую и олеиновую кислоты как
продукты разложения жиров при их омылении водой и щелочами. Именно с этого
времени началась новая эпоха в развитии
химического производства.
Огромное
многообразие мыл не всегда отвечает потребностям современного человека: дорогое
мыло не
всегда является качественным,
некоторые виды мыл могут вызвать
аллергическую реакцию. В последнее время использование натуральных веществ
является
мы
едва ли не главным условием здоровья человека. Читая этикетку на мыле,
встречаемся с
массой непонятных для нас терминов, которые пугают нас.
Современное химическое производство не стоит на месте, совершенствуется
технологический процесс, используются
более дешевые компоненты и т.д. Меня
заинтересовал вопрос, возможно ли самой сделать мыло в домашних условиях? Чем
бeдет отличаться такое мыло от мыла, купленного в магазине?
Интересный факт: оказывается существует
целое направление
домашних
мыловаров. Для многих людей изготовление мыла в домашних условиях – это хобби,
такое же как для некоторых вязание, вышивка или увлечение футболом. В Интернете
существуют
блоги, форумы по данному вопросу, где происходит обмен мнениями,
рецептами, размещаются мастер – классы по изготовлению мыла .
2
Изготовление мыла
Автор: Снхчян Ани Симоновна
Российская Федерация, Костромская область
городской округ город Шарья
Муниципальное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 4, 10 класс
План исследований.
Вопрос: как можно получить мыло в домашних условиях? Какими свойствами
оно будет обладать?
Гипотеза: изготовление мыла в домашних условиях возможно путем
реакции
омыления жиров.
При проведении работы использовались следующие методы:
1. Эксперимент.
2. Химический анализ.
3. Изучение литературы.
Этапы работы:
1. Теоретическая часть: изучение литературы и Интернет ресурсов по теме.
2. Эксперимент:
а) Определение состава мыла.
б) Получение мыла горячим способом.
в) Расчет выхода продукта реакции.
г) Получение туалетного мыла.
д) Определение рН мыльного раствора.
3. Подведение итогов исследования.
3
Изготовление мыла
Автор: Снхчян Ани Симоновна
Российская Федерация, Костромская область
городской округ город Шарья
Муниципальное образовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа № 4, 10 класс
Научная статья.
1. Теоретическая часть.
Что такое мыло?
Перед проведением работы
мне необходимо было выяснить , что такое мыло.
Мыло - соединенье жирного вещества со щелочью, для мытья и стирки. (
Толковый словарь Даля).
Мыло – это натриевые (калиевые) соли высших карбоновых кислот,
образующиеся в результате реакции
взаимодействия
жиров и
щелочи (реакции
омыления):
CH2OOCR1
R1COONa
CH2OH
t0
|
CHOOCR2
+ 3NaOH = R2COONa +
CHOH
|
CH2OOCR3
жиры
R3COONa
CH2OH
мыло
глицерин
Как известно, высшие карбоновые кислоты входят в состав жиров. Жиры – это
сложные эфиры , образованные глицерином и высшими одноосновными карбоновыми
кислотами. Чаще всего в животных жирах встречаются такие кислоты: предельные
стеариновая (C17H35COOH) и пальмитиновая кислоты (C15H31COOH); ненасыщенные
жирные кислоты представлены в основном олеиновой (C17H33COOH), линолевой
(C17H31COOH ) и линоленовой (C17H29COOH) кислотами. Т.е проведя гидролиз жиров,
можно получить кислоты, из которых в дальнейшем можно синтезировать мыло. Эти
реакции лежат в основе получения мыла в домашних условиях.
Мыла получают реакцией омыления
свиной,
жиров животного происхождения ( говяжий,
бараний жир, сливочное масло и др.), растительного происхождения
(подсолнечное масло,
кокосовое масло,
оливковое и др.),
канифоль, которую
получают при переработке живицы хвойных деревьев. Искусственные , синтетические
4
карбоновые кислоты, которые являются основным сырьем для производства мыла на
современном этапе, получают из нефтепродуктов: парафина и нафтеновых кислот. От
того, какие
жиры взяты за основу, будут зависеть
некоторые свойства мыла.
Например, мыло, полученное из твердых жиров пениться гораздо хуже, чем мыло,
полученное из жидких масел.
Моющая способность мыла объясняется его cтроением: мыло состоит из двух частей:
гидрофобной (органического радикала) и гидрофильной (растворимой в воде). Для
моющего действия важно то, что углеводородная часть отрицательного иона
нерастворима в воде, но она растворима в жирах и маслах. Как показано на рисунке,
отрицательные ионы (анионы) мыла склонны концентрироваться на поверхности
раздела
воды
и
жира.
Водорастворимый
отрицательно заряженный конец остается в
воде,
тогда
как
углеводородная
часть
погружена в жир. Анионы мыла находятся
одним концом в воде, а другим – в жире.
Грязь, удерживаемая пленкой жира, удаляется при полоскании.
Из истории вопроса.
Ученые до сих пор бьются над вопросом «Кто и когда изобрел мыло?», выдвигают
различные теории, подкрепленные как историческими фактами и результатами
раскопок, так и легендами и сказаниями. Мнения всех, так или иначе, сходятся в одном:
местами зарождения производства мыла стали древнейшие культурные центры. Мыло
было известно человеку до новой эры летоисчисления. В ходе археологических
раскопок учеными были обнаружены таблички, датируемые 2500 годом до н.э., на
которых была описана процедура, напоминающая процесс приготовления мыла: вода
смешивалась с древесной золой, полученная смесь кипятилась и в последствии в ней
растапливался жир. Плиний Старшегий (23–79 гг.). в трактате «Естественная история»
писал о способах получения мыла омылением жиров. Так, например, в Античном мире
существовало три сорта мыла: твердое, мягкое и жидкое, его производили из козьего
или бычьего жира с примесью золы бука. Легенда происхождения слова «мыло»/
«soap» говорит о том, что это слово происходит от названия древнеримской горы
Сапо/Sapo, на которой совершались жертвоприношения богам. Животный жир
сжигаемых жертв скапливался и смешивался с древесной золой костра. Полученная
масса смывалась дождями вниз, в глинистый грунт бега реки Тибр. Женщины,
стиравшие белье в этих местах, стали обращать внимание на то, что благодаря этой
5
смеси одежда отстирывается намного лучше. Постепенно этот «дар богов» стали
использовать не только для стирки, но и для мытья тела. А само слово «sapo» со
временем перешло и в другие языки: из него образовались английское «soap»,
французское «savon» и итальянское «sapone».
На Руси
мыловарение
называлось «Поташным делом»,
им занимались целые
деревни, особенно славились костромские и валдайские мастера. Процесс мыловарения
в то время заключался в следующем: деревья рубили, жгли их в котлах тут же в лесу, а
золу заваривали, делали щелок, выпаривали его и получали поташ. Поташ становится
одним из основных продуктов экспорта, что приводит к массовой вырубке лесов.
Промышленное производство мыла России было налажено при Петре Первом, он даже
повелел засадить поля растениями, которые входили в состав мыла. Но вплоть до
середины XIX века этим продуктом пользовалась только знать. Крестьяне же
продолжали стирать и мыться щелоком – смесью, получаемой из древесной золы,
залитой кипятком и распаренной в печи.
Постепенно главным центром мыловарения становится город Шуя – на его гербе до сих
пор изображен кусок мыла: «Въ верхней части щита гербъ Владимiрскiй. Въ нижней въ красномъ полh, брусъ мыла, означающiй славные находящiеся въ городh мыльные
заводы».
2.Экспериментельная часть.
1) Изучение вопроса приготовления мыла в домашних условиях.
Существует несколько способов получения мыла в домашних условиях.
- Изготовление мыла на основе «Детского» мыла. Это самый простой и доступный
способ получения мыла. Но он не отражает химический процесс. Может быть
использован для приготовления оригинального подарка. Способ приготовления: мыло
натереть на мелкой терке, расплавить на водяной бане. Добавить 1 чайную ложку
глицерина, несколько капель эфирного масла(любого, зависит от того, мыло с каким
ароматом желаете получить). Тщательно перемешайте. В качестве наполнителя можно
использовать молотый кофе, какао, цедру цитрусовых. Это полет для фантазии. Массу
разлить по формам и остудить. Для того, чтобы вынуть
мыло из формочки,
необходимо поместить ее в сосуд с теплой водой. Мыло подсушить.
-варка мыла из промышленной мыльной основы, которая не имеет ни запаха, ни цвета.
Основа бывает двух видов: прозрачная (глицериновая) или матовая (из кокосового или
пальмового масла). Мыльную основу можно купить в специализированных магазинах.
Мыльную основу купить у нас в городе не удалось.
6
- изготовление мыла горячим способом.
Этот способ приготовления мыла
я использовала в своей работе. Для этого
необходимо:
а) оборудование - колба круглая плоскодонная вместимостью 1000см3, штатив,
стеклянная палочка, спиртовка, фарфоровый стакан вместимостью 500см3, 200см3,
фарфоровая ложка, пинцет, весы технические, стакан стеклянный вместимостью
100см3, лоскутки ткани размером 5х5см, формочки для прессования мыла
б) реактивы - жир говяжий 70г, сало свиное 30г, спирт этиловый (С2Н5ОН) 20мл, р-р
Na2CO3 (25гNa2CO3+30мл H2O), р-р NaCl 20% 200мл, цедра апельсина, ванилин,
растворимый кофе, сок алоэ.
2) Ход работы.
а ) Определение химического состава мала. Для доказательства
мыла
наличия в составе
высших карбоновых кислот, провела опыт «Выделение жирных кислот»: в
пробирку поместила кусочек твердого мыла, прилила 8–10 мл
подогрела
воды, взболтала и
полученный раствор. К раствору мыла прилила раствор разбавленной
серной кислоты и нагрела до кипения. К полученному раствору добавила несколько
капель лакмуса, наблюдала появление красной окраски, которая свидетельствует о
наличии кислоты.
t0
R COONa + H2SO4 = R1COOH +Na2SO4
1
Т.о. я выяснила, что одним из составляющих мыла являются кислоты. Соответственно
для приготовления мыла потребуются высшие карбоновые кислоты и щелочь.
Опыт «Определение катионного состава мыла» (проведение
реакций на ионы Na+
и
К+). Для этого смочила
качественных
в приготовленных
образцах
растворов мыла (№1 – «Банное» мыло ;. №2 – жидкое мыло) железную проволоку и
7
внесла
в пламя спиртовки. Наблюдала окраску пламени:
При внесении в пламя
образца №1 окраска пламени становилась желтой, образца №2 – пламя стало бледнофиолетовым Вывод: 1) в состав твердого мыла (образец №1) входят катионы натрия,
о чем свидетельствует желтый цвет пламени. 2) В состав жидкого мыла (образец №2)
входят катионы калия, о чем свидетельствует фиолетовый цвет пламени.
Вывод:
Экспериментально мне удалось доказать, что мыла
- это натриевые
(калиевые) соли высших карбоновых кислот.
б). Получение ядрового мыла. Взвесила на весах 70г говяжьего и 30г свиного жира и
поместила его в колбу емкостью 1000см3, закрепленную в штативе. Приготовила
раствор кальцинированной соды Na2CO3 (25гNa2CO3+30млH2O). При гидролизе
карбоната кальция
Na2CO3
раствор имеет щелочную среду, что подтверждается
уравнением реакции гидролиза:
Na2 CO3= 2Na+ + CO32- (гидролиз по аниону)
CO32- + H2O= HCO3-+ OHHCO3- + H2O= H2CO3 + OH-
pH>7 среда щелочная.
В колбу прилили 20мл этилового спирта. Он поможет
растворению, контакту неполярного жира в полярной щелочи. Осторожно при
нагревании и перемешивании прилила
приготовленный раствор
омыления
нагревании.
жира
Na2CO3. Реакция
проходит
Она
только
при
продолжительна
по
времени и длится около 40-50минут.
Отсюда термин «варить» мыло. Признаком
реакции
является
появление
мыла.
Полученную смесь вылила в 20% раствор
NaCl и снова нагрела смесь до полного
8
отделения мыла.
В отличие от горячей воды, в растворе поваренной соли мыло почти не растворяется.
Поэтому при высаливании оно отделяется от раствора и всплывает. Дала массе немного
остыть, выделившийся слой мыла собрала ложкой на лоскуток ткани, завернула его
(работать в резиновых перчатках!) и промыла в холодной воде.
Слегка отжав, переложила его на другой лоскуток ткани. Процесс высаливания
проводила еще раз, промыла водой. В результате получила ядровое мыло: технически
чистое мыло, полученное путем высаливания концентрированного мыльного раствора,
так называемого мыльного клея, поваренной солью с выделением «ядровой» части.
Проведя повторный эксперимент, я сделала следующие выводы :
1. В ходе проведенных экспериментов я получила ядровое мыло – белая масса с
желтоватым оттенком.
2. Результат зависит от чистоты проведения эксперимента:
строгую
веществ.
последовательность,
количественное
важно соблюдать
соотношение
реагирующих
9
3. Нагревание следует проводить на водяной бане.
в)Получение туалетного мыла.
Для получения окрашенного туалетного мыла ядровое мыло растворила в воде,
прокипятала. В образцы добавила различные компоненты. Затем вновь провела
высаливание. Сформовала мыло, подсушила. Время высушивания должно быть не
менее 7 дней.
№1 С соком свеклы
№1 – сок свеклы: полученное
приобретает
розовый
цвет,
пенится.
№2 – с цедрой апельсина
мыло №2 Мыло с цедрой апельсина: белое
хорошо мыло
имеет
апельсина.
вкрапления
Обладает
цедры
приятным
ароматом.
№4 Мыло с кофе
№3 Мыло с ванилином
№3 Мыло с ванилином. Белое имеет №4 В ядровое мыло добавлено кофе.
приятный ванильный запах.
Кофе
плохо
растворился
в
расплавленном ядровом мыле. На мыле
видны вкрапления кофе.
10
№5.Мыло с соком алоэ
№6 Мыло с глицерином
№5 Мыло с соком Алоэ. Окраска слегка
изменилась.
заметный
Мыло
приобрело
желтовато-
чуть
зеленоватый
№6 Мыло с глицерином. Существенно
отличается от
предыдущих образцов:
менее сушит кожу рук
оттенок
Вывод: я получила туалетное мыло. Полученные мыла образуют меньше пены ,
чем
мыла, купленные в магазине. Полученные мыла
приятно пахнут, являются
экологически чистыми.
д) Определение рН мыльного раствора.
Для
определения
рН
мыльных
использовала
универсальную
бумагу
шкалу
и
индикаторную бумагу
индикаторную
кислотности:
в
растворов
внесла
мыльные растворы
образцов приготовленных мыл. Определила, что
рН среды всех представленных образцов равна
10, лишь образец под № 6 ( мыло с глицерином) имеет рН чуть меньше, в соответствии
со шкалой рН =9.
11
Вывод: pH растворов натурального мыла равна 9-10, что соответствует норме .
Выводы:
1. Мыло можно получить в домашних условиях, используя жиры животного
или растительного происхождения.
2. Среда растворов полущенных мыл щелочная, равна 9-10.
3. На основе ядрового мыла, полученного горячим способом можно получить
любые туалетные мыла, добавив эфирные масла, соки растений и фруктов,
цедры и т.д., окрасить мыло можно любыми пищевыми красителями.
4. Полученные мыла являются экологически чистыми, гороздо дороже по
себестоимости.
12
Литература
1. Габриелян О.С Химия 10класс. М.:Дрофа, 2008
2. Гэмблин Л. Мыло ручной работы. Как сделать дома 60 видов ароматического мыла и
шариков для ванны..М.: ЗАО БММ, 2007.
3. Полная энциклопедия народной медицины. Том 2. М.: Олма- пресс, 2002
4. Рудзитис Г.У,, Фельдман Ф.Г Химия 10 класс, М.: Просвещение,2008
5. Химия. Проектная деятельность учащихся. Волгоград: Учитель, 2008
6. http://n-t.ru/ri/kk/hm10.htmи
7. http://www.treeland.ru/article/eko/soaphome/klassification.htm
8. http://www.edimka.ru/my/women/rb16152/48.htm
9. http://www.livemaster.ru/topic/7096-master-klass-kabinet-mylovareniya-mylo-snulya-goryachij-sposob
10. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/1549.html