SAPUNURI SI DETRGENTI

 

Clasa a XII-a B

Lic Teoretic Tudor Vladimirescu

Bibliografie:

Chimia organica- Vol.1 Costin D. Nenitescu

SAPUNURI SI DETRGENTI

Istorie 

      In societatea primitiva, chiar si in zilele de azi, hainele  erau curatate, prin cu pietre pe malul unei ape curgatoare. In dictionar, "detergent" este definit ca agent de curatare. In ultimii 20 de ani, insa, cuvantul descrie mai de graba detergent sintetic, decat obisnuitul sapun. Detergentii sintetici contin anumite componente numite substante tensio-activa.

      Sapunul, prin definitie este o substanta tensio-activa. De fapt, el este cea mai veche substanta tensio-activa, si a fost folosita cam de 4500 de ani .

      Un material care, prin compozitie este foarte asemanator cu sapunul a fost gasit intr-un vas de lut datand din  2800 ien, descoperit in timpul cercetarii facute asupra locului in care se afla Babilonul.Inscriptiile de pe vas spun ca grasimile au fost fierte cu cenusa, care este o metoda de obtinere a sapunului, dar nu precizeaza la ce era folosit aces material. Mai tarziu, s-a descoperit ca asemenea materiale erau folosite ca "gel" de par.

      Numele de sapun , dupa o veche legenda romana,  vine de la Muntele Sapo, unde erau sacrificarte animale. Ploaia a amestecat grasimile cu seu, si cu cenusa pe malul raului Tibet. Femeile au observat ca acest amestec le usura munca, si au  inceput sa foloseasca acest sol lutos, imbibat cu amestecul de grasimi. 

In timpul ascensiunii civilizatiei romane, baile publice au devenit  din ce in  ce mai populare. Prin secolul 2 en, medicul grec Galen a inceput recomandarea sapunului atat cu scop medicinal, cat si pentru curatire.

Se pare ca in  secolul 15 se producea sapun in Venetia,   apoi, in secolul 17 in Marsilia. In secolul 18 fabricarea sapunului  sa raspandit in intreaga Europa si in America de Nord, in secolul 19, fabricarea sapunului a devenit o una din cele mai importante industrii. 

In 1907, sapunul sa transformat in detergent cand o firma germana a inceput comercializarea detergentului "Persil". Pe langa sapunul de acid carboxilic, "Persil" continea perbotat de sodiu (NaBO3) silicat  de sodiu si carbonat de sodiu. De aici perborat + silicat = "PERSIL"

      Pana in 1940 sapunul era cel  mai folosit detergent. In timpul celui de-al doilea razboi mondial, lipsa grasimilor , ingredientul predominant din sapun, a dus la cercetarea detergentilor sintetici. Apoi, dupa razboi, aparitia masinilor de spalat automate a accentuat nevoia unor noi alternative la sapun.

SAPUNURI

Sarurile acizilor din grasimi, sapunurile, au numerose aplicatii. Cel mai mult se fabrica si se utilizeaza sapunul de sodiu.

a)     Materii prime. Pentru fabiricarea sapunului pot servi grasimile cele mai diverse. Grasimile solide, bogate in acizi saturati; cum sunt seul de bou sau de oaie, grasimile de cocos sau palmieri si grasimile hidrogenate dau sapunuri tari; grasimile lichide dau sapunuri cu atat mai moi, cu cat au un continut mai mare de acizi nesaturati. Uleiurile vegetale lichide se utilizeaza la fabricarea de sapun, de obicei in amestec cu grasimi solide sau hidrogenate.Un continut prea mare in acid stearic (C₁₈) micsoreaza solubilitatea si puterea de spumegare. Dimpotriva, acidul lauric (C₁₂) da nastere unui sapun ce spumega abundent, de aceea, in sapunurile bune, se adauga grasimi de cocos sau de palmier, bogate in acest acid. Acidul oleic da, de asemenea, un sapun de buna calitate.

b)    Fabricarea sapunului. In procedeul obisnuit de fabricare a sapunului se incalzeste grasimea, cu aburi introdusi direct, la 100⁰, si se adauga solutia de hidroxid de sodiu, la inceput in mici portiuni, pentru a obtine o emulsie; aceasta se saponifica mai repede (12-24 ore) decat amestecul neomogen al grasimii cu solutia apoasa a intregii cantitati de soda. Indata ce se formeaza sapun, in concentratie apreciabila in acest amestec, viteza de reactie creste brusc, fiindca sapunul topit este un bun dizolvant atat pentru grasime cat si pentru hidroxidul de sodiu si reactia are loc, catre sfarsitul procesului, in solutie omogena de sapun.

Produsul astefel obtinut, numit in tehnica sapun-clei, contine toata glicerina, rezultata din reactia de saponificare si multa apa. Pentru adaugarea unei solutii concentrate de clorura de sodiu se separa sapunul miez, topit, la fund ramanad un strat apos, care contine glicerina. (Aceasta pote fi utilizata la fabricarea glicerinei, dar pentru aceasta fabricatie este mult mai avantajoas sa se faca scindarea grasimii prin procedeul in autoclava; acizii grasi obtinuti pot fi apoi transformati in sapun prin neutralizare cu hidroxid si chiar cu carbonat de sodiu).

Sapunul miez contine 62-64% acizi grasi si el poate fi utilizat ca sapun de rufe. Pentru fabricarea sapunului de toaleta, sapunul miez (obtinut din grasimi mai pure) se usuca pana ce continutul in acizi atinge 80-85% apoi I se inglobeaza un parfum si se preseaza in bucati.

c)     Proprietatile sapunurilor si a solutiilor au fost studiate deosebit de intens, din cauza marelui interes practic al problemei. S-a constata ca sarurile acizilor, cu molecule mai mari decat aprox C₆, arata unle proprietati prin care se deosebesc in mod caracteristic de sarurile acizilor cu molecule mai mic, de ex. De acetatul de sodiu. Aceste proprietati specifice, de sapunuri, sunt deosebit de marcate la sarurile acizilor C₁₂-C₁₈.

Astfel, solutiile de sapun, chiar diluate, au o tensiune superficiala mult mai mica decat apa curata (75 dyn/cm², la apa de 25⁰; 25-30 dym/cm² la sarurile de sodiu ale acizilor lauric, palmitic si oleic). Vascozitatea solutiilor diluate de sapun nu difera mult de aceea a apei; ea creste insa foarte mult la solutiile concentrate, care pot ajunge pana la consitenta de gel. Conductibilitatea electrica (echivalenta) a solutiilor foarte diluate (sub n/1000) de sapun arat o comportare normala, ea scazand putin si continu cu cresterea concentratiei, la fel ca in cazul altor electriloti. Cand concentratia trece de la anumita valoare (intre n/1000 si n/100, dupa natura acidului din sapun) conductibilitatea scade brusc.

Aceasta comportare arata ca, in solutii foarte diluate, sapunurile sunt dizolvate sub forma de ioni individulai. RCOO^- si Na⁺ ; cand concentratia depaseste un anumit prag, anionii se impreuna insa in numar mare, formand particule coloidale de asociatie sau miceli. In solutiile concentrate de sapun, asociatia aceasta merge atat de departe incat solutia capata o structura fibroasa macroscopica(cristale lichide). Solutii de acest fel dau nastere la interferente de Fraze X, ca si cristalele. S-a putut stabili astfel, de ex in cazul oleatului si-a laurtaului de sodiu, ca moleculele de acid sunt asezate paralel, la distanta de 4,4 , formand straturi duble, cu planurile de metil fata in fata si planurile de carboxili indreptae spre apa. Mai mult asemena structuri duble de anioni de sapun se asociaza lasand intre planurile de carboxili straturi relativ groase de apa, in care se acumuleaza majoritatea ionilor de sodiu. Catenle hidrocrbonate ale moleculelor de acid sunt unite intre ele prin forte van der Waals.

d)       Puterea de spalare. Sapunurile se caracterizeaza prin aceea ca moleculele lor, de forma alungita, poseda la una din margini o grupa polara, hidrofila. Datorita acestei structuri, moleculel de sapun, sau mai corect anioni lor, au tendinta de a se acumula la suprafata despartitore a solutiei fata de mediul inconjurator, orientandu-se cu grupa COO^- insprea apa. Acesta proprietate confera sapunului puterea sa de curatire.

Acumularea moleculelor de sapun pe interfata solutiei-aer explica tensiunea superficiala mica a solutiilor de sapun si deci puterea de udare mare a acestei solutii. O fibra de bumbaf, aruncata la suparafat unei ape curate, pluteste mai mult ore, fiindca nu se uda; pe suprafata unei solutii de sapun, ea se uda repede si se cufunda.

Formarea si stabilitatea spumei se datoresc fortelor de atarctie dintre moleculele de sapun, orientate perendicular pe suprafata basici de sapun. Daca solutia de sapun vine in contact cu un lichid nemiscibil in apa, de ex. cu o grasime lichida, un ulei mineral, etc. moleculele de sapun se orienteaza perpendicular pe suprafata despartitoare, cu carboxilul spre apa, si radicalul hidrocarbonat spre ulei. Prin acesta se micsoreaza tensiunea superficiala a uleiului, care dobandeste din cauza aceasta tendinta de a-si mari suprafata, de aceea el se transforma (daca este agitat) in picaturi mici ce se imprastie in solutia de sapun; se formeaza o emulsie, iar sapunul joaca rolul unui emulgator.

In mod similar se orienteaza moleculele de sapun pe suprafat corpilor solizi. Daca se agita funinginea cu apa si se torna amestecul pe un filtru ud, apa trece lara. Daca se agita funinginea cu o solutie de sapun, ea formeaza o dispersie neagra care trece in majoritate prin filtru. Particulele de carbune ce alcatuies funinginea sunt mai mici decat porii filtrului, dar ele adera tare una de alta prin forte vad der Waals. Apa curata ne le pote desprti, fiindca nu le uda. Moleculele de sapun fixandu-se se suprafata acestor particue, cu restul hidrocarbonat spre crbune si grupele COO^- spre exterior, aceste grupe se inconjouar cu o atmosfera de molecule de apa, facand posibila solubilizarea particului solide, chiar daca acesta este forte mare. Printr-un proces asemanator, sapunul deplaseaza particulele de murdarie (grasimi, uleiuri, proteine, funingimea, argila, oxid de fier etc.) care adera pe fibrele textile sau pe piele si le emulsioneaza sau le disperseaza, lasand fibrele sau pielea curata, dar acoperite cu un strat de molecule de sapun orientate. Acest strat se indeprteaza in opertia ulterioara de "limpezire."

Alte sapunuri. Numai sapunurile metalelor alcaline si al amoniaclui sunt solubile in apa. Sapunul de potasiu, utilizat in industria textila este moale. Sapunurile de calciu, sodiu si aluminiu servesc la fabricarea de unsori onsistente. Sapunurile de aluminiu se utilizeaza la impermeabilitatea anumitor panze. Sapunul de plumb, insolubil in apa si lipicios, serveste la fabricarea de emplastre.

Sapunul de sodiu nu spumega in apa "dura", adica in apa continand ioni de calciu si magneziu, fiindca se formeaza sapunurile acestor metale, care sunt insolubile in apa. Pe acest fenomen se bazeaza o cunoscuta metoda de detrminare a duritatii apei. Consumul de sapun este mai mare in apa dura, fiindca sapunul nu-si poate produce actiunea de cratire decat dupa ce se precipita toti ionii de calciu si magneziu, sub forma de sapunuri insolubile.

DETERGENTI SI AGENTI DE UDARE SINTETICI

Dupa cum s-a arata mai sus, sapunurile isi datoresc proprietatile lor specifice existentei intr-o molecula de forma alungita, a unei grupe polare, hidrfile, COO^-, si a unui rest hidrocarbonat, nepolar, hidrofob. Multe alte substante, cu o grupa polara (alta decat grupa carboxil), fixata de o catena hidrocarbonata de oarecare lungime, poseda proprietati mai mult sau mai putin asemanatore cu alte sapunuri.

Inca de mult se intrebuinteaza, in industria textila, ca agenti de udare, pentru prepararea fibrelor in vederea colorarii si ca emulgatori, acidul sulforicinoleic ("ulei de rosu turcesc ") si acidul sulfooleic, sub forma de saruri de sodiu. Acesti compusi se obtin prin tratarea acidului ricinoleic, a acidului oleic sau a gliceridelor respective de cu acid sulfuric. In aceasta "sulfonare" se formeaza esteri ai acidului sulfuric (sulfati acizi), fie prin esterificarea grupei OH, din acidul ricinoleic, fie prin aditia acidului sulfuric, la dubla legatura a acidului oleic.

De cateva decenii se produc, in mari cantitati, compusi sintetici folositi in industria textila si a pielariei, precum si in gospodarie, ca agenti de curatire (detergenti), agenti de udare, emulgatori si dispersati. Proprietatile acestor produsi care se pot cuprinde sub denumirea de "agenti de activitate superficiala", variaza putin in functie de structura.

S-a observat ca activitatea superficiala nu apare decat in compusii cu cateva catenu hidrocarbonate mai lungi decat C₈. Compusii cu catene C₈-C₁₂ precum si compusii cu grupa polara fixata la mijlocul unei catene lungi, cum este cazul la esterii acidului sulfosuccinic, formulat mai departe, sunt buni agenti de udare, cei cu o grupa polara marginala intr-o catena C₁₄-C_18, au proprietati degenerate mai dezvoltate. Din punctul de vedere al naturii grupelor polare se disting 3 calse mai importante.Aici trebuie sa ne limitam la o tratare tabelara.

I.Agentii anionici. Grupa polara este SO₃^- (sau SO₃ Na) Spre deosebire de sapunuri, detergentii din aceasta clasa pot fi utilizati in solutie acida sau in apa dura (caci sulfonatii de calciu si magneziu sunt solubili in apa). Se va observa principiul structural al produsilor de tipul 3, in care grupa carboxil a unui acid gras este blocata prin esterificarea cu un acid hidroxi-sulfonic sau prin amidificarea cu un acid amino sulfonic.

III.Agenti cationici. Toti produsii din clasa de mai sus, inclusiv sapunurile, contin o grupa polara anionica. Compusii din prezenta clasa contin, legata de o catena lunga, o grupa cuaternara de anioni si se numesc, de aceea si "sapunuri inverse" sau "agenti cation-activi". Sapunurile inverse sunt dezinfectanti deosebit de eficace, caci floculeaza proteinele (sarcina negativa) din bacterii.

III.Agenti neionici. Compusii din clasa aceasta contin o grupa polara neionica, compusa din mai multi atomi de oxigen eterici si o grupa OH alcoolica marginala. Neavand sarcina electrica, actiunea detergenta a acestor compusi este independenta de PH-ul solutiei sau de prezenta altor ioni.