Synteza organiczna w przemyśle

Syntetycznie otrzymuje się te związki, które nie występują w przyrodzie, bądź występują w zbyt małych ilościach w stosunku do potrzeb człowieka, lub gdy wyodrębnienie ich z surowców naturalnych jest droższe niż synteza.

Środki powierzchniowo czynne

Są to związki, których cząsteczki zawierają jedną polarną hydrofilową grupę końcową i długą hydrofobową resztę weglowodorową (10 - 20 atomów C). W wodzie tworzą roztwory koloidalne a na granicy faz jednocząsteczkowe warstwy, które obniżają napięcie powierzchniowe.
Środki powierzchniowo czynne wykorzystywane są jako środki myjące, środki czyszczące, jako emulgatory, jako środki dyspergujące w przemyśle farb, tworzyw sztucznych i papierowym, jako plastyfikatory do wapna i betonu oraz do wytwarzania piany w środkach gaśniczych.
Wyróżnia się następujące rodzaje środków powierchniowo czynnych

• anionowe. Własności warstwy powierzchniowej pochodzą od anionów, które posiadają grupę końcową -COO^- lub -SO₃^-. Przedstawicielem tej grupy srodków są: mydło, siarczany alkilowe, sulfoniany alkilobenzenowe.

• kationowe. Własności warstwy powierzchniowej pochodzą od kationów, które najczęściej posiadają grupę alkiloamoniową -NR₃⁺. Przedstawicielem tej grupy środków są: czwartorzędowe sole amonowe

• amfoteryczne. Własności warstwy powierzchniowej pochodzą od jonów obojnaczych, które w grupie końcowej zawierają glicynę. Przedstawicielem tej grupy środków jest alkilobetanina

• niejonowe środki powierzchniowo czynne. Własności warstwy powierzchniowej pochodzą od cząsteczek o strukturach polihydroksylowych lub polieterowych. Są to przede wszystkim struktury węglowodanowe lub pochodne poliglikoli etylenowych. Przedstawicielem jest poliester etylenowy.

Najbardziej znanym i powszechnie stosowanym środkiem powierzchniowo czynnym jest mydło.

Mydło
Wyrób mydła jest jedną z najstarszych syntez chemicznych. Mydło powstaje w reakcji hydrolizy glicerydów (tłuszcze). Hydroliza ta prowadzi do otrzymania soli kwasów tłuszczowych i gliceryny. Przykład soli - palmitynian sodowy C₁₅H₃₁COONa. Wiecej o hydrolizie w rozdziale Biochemia

Zwykłe mydło jest po prostu mieszaniną soli sodowych wyższych kwasów tłuszczowych. Jest to mieszanina, ponieważ tłuszcz, z którego wytwarza sie mydło, jest mieszaniną, a do mycia rąk lub prania odzieży taka mieszanina jest równie przydatna jak jednorodna czysta sól kwasu tłuszczowego.
Mydło może różnić się składem i metodą obróbki; można zrobic je z oliwy - wówczas stanowi ono mydło kastylijskie, można dodać do niego alkoholu, wówczas uzyskuje się mydło przezroczyste, można sporządzic dyspersję powietrza w mydle i otrzymuje się mydło pływające w wodzie, można również dodać środki zapachowe, bakteriobójcze i barwniki.
Jeżeli zamiast soli sodowej sporządzi się sól potasową, to uzyskuje się miękkie (maziste) mydło potasowe (tzw. mydło szare).
Pod względem chemicznym jednak mydło niezależnie od tego z czego jest zrobione i jakie zawiera dodatki pozostaje własciwie takie samo i w taki sam sposób spełnia swą funkcję związaną z usuwaniem brudu.
Mydło jest skutecznym środkiem piorącym dzięki zdolności emulgowania tłuszczów i oleju w wodzie. Zdolność emulgowania mydło osiąga dzięki obecności w cząsteczce części hydrofilowej (lubiacej wodę) i części hydrofobowej (nie rozpuszczalnej w wodzie ale rozpuszczalnej w rozpuszczalnikach niepolarnych). Każda cząsteczka mydła zawiera koniec polarny jak i niepolarny, a przy tym są one dostatecznie duże, aby ich końce mogły niezależnie od siebie przejawiać swe skłonności do rozpuszczania się.

Zgodnie z regułą podobne rozpuszcza podobne niepolarny koniec każdej czasteczki poszukuje niepolarnego środowiska. Jeżeli nie ma w roztworze innych podobnych substancji to wtedy niepolarne końce gromadzą się obok innych niepolarnych części cząsteczek mydła. Powstaje wtedy micela (rysunek 15.1).

Rys. 15.1 Mechanizm tworzenia miceli i gromadzenia sie cząsteczek mydła na powierzchni roztworu

Polarne końce ustawiaja się na zewnątrz w kierunku polarnego rozpuszczalnika czyli wody. Jony sodowe lub potasowe przechodza do roztworu a na powierzchnia miceli uzyskuje ładunek ujemny.
Odpychanie się ładunków jednoimiennych powoduje, że micele są rozproszone.
Podobnie zachowuja się cząsteczki mydła na powierzchni roztworu. Części hydrofilowe skierowane są w stronę wody.
Jaki jest mechanizm myjącego działania mydła. Otóż mydło w procesie usuwania brudu który zawiera tłuszcz i smar, tworzy z anionu kwasu tłuszczowego otoczkę wokół kropelki oleju (smaru) jak to jest pokazane na rysunku 15.2.

Rys. 15.2 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.

---