Ćwiczenie 1

ZMYDLANIE TŁUSZCZÓW I BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MYDEŁ

ODCZYNNIKI

• olej

• woda destylowana

• mydło

• stały NaCl

APARATURA

• probówki

• stojak na probówki

• zlewka 50 cm³

• pipeta

• nasadka na pipetę

• zakraplacz

• bagietka

1. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest charakterystyka tłuszczów oraz otrzymanie
i badanie właściwości mydła.

II. WSTĘP TEORETYCZNY

Tłuszcze właściwe (lipidy proste, trójglicerydy)) są to estry gliceryny (glicerolu) i wyższych kwasów tłuszczowych.

Tłuszcze właściwe występujące w przyrodzie są najczęściej mieszaniną różnych kwasów tłuszczowych:

• nasyconych (kwas palmitynowy, stearynowy)

• nienasyconych (oleinowy, linolowy, linolenowy)

Kwasy tłuszczowe nadają tłuszczom odpowiedni charakter fizykochemiczny. Im większa masa cząsteczkowa kwasów tłuszczowych, tym wyższa temperatura topnienia tłuszczu. Tłuszcze o dużej zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych są zazwyczaj ciekłe. W miejscach podwójnych wiązań łatwo przyłącza się wodór (utwardzanie tłuszczów), tlen, chlorowce, grupy hydroksylowe.

Lipidy są nierozpuszczalne w wodzie natomiast dobrze rozpuszczają się w niepolarnych rozpuszczalnikach organicznych (benzen, toluen, chloroform, aceton, eter). W lipidach rozpuszczają się związki o właściwościach hydrofobowych (witaminy A, D, E i K).

Zmydlanie tłuszczów - reakcja zasadowej hydrolizy estrów wyższych kwasów tłuszczowych, która prowadzi do powstania soli odpowiedniego kwasu oraz alkoholu. Produktami zmydlania tłuszczów są mydła i gliceryna.

Mydła - sole sodowe lub potasowe wyższych kwasów tłuszczowych (głównie palmitynowego, stearynowego, oleinowego oraz żywicznych).

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

• 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

• mydła wapniowe - nierozpuszczalne w wodzie, tworzą się najczęściej podczas reakcji mydła np. potasowego z chlorkiem wapnia (zawartego w wodzie twardej) na skutek reakcji wytrąca się mydło wapniowe, nierozpuszczalne w wodzie w postaci tzw. "kłaczków".

Mydła sodowe i potasowe są rozpuszczalne w wodzie i tworzą z nią roztwory koloidalne. W wyniku hydrolizy wodne roztwory mydeł mają odczyn zasadowy.

Mydła sodowe są twarde, a potasowe miękkie i maziste. Do pielęgnacji używa się mydeł sodowych z dodatkami (substancje natłuszczające, barwniki, środki zapachowe). Mydło w roztworze zawierającym jony wapnia (np. w twardej wodzie) bardzo źle się pieni, gdyż sole wapniowe i magnezowe wyższych kwasów tłuszczowych są w wodzie nierozpuszczalne. Mydła rozpuszczalne w wodzie są anionowymi substancjami powierzchniowo czynnymi czyli emulgatorami (tzn. obniżają napięcie powierzchniowe wody, ułatwiają zwilżalność).

Myjący efekt mydeł wynika z ich własności amfifilowych. Cząsteczki są amfifilowe, gdy składają 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.

Detergenty mają w cząsteczkach grupy polarne (hydrofilowe o dużym powinowactwie do wody i grupy niepolarne (lipofilowe) o dużym powinowactwie do tłuszczów.

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. Silnie polarna grupa karboksylowa jest dobrze solwatowana przez cząsteczki wody i wykazuje podobieństwo do wody. Natomiast długi niepolarny łańcuch wykazuje powinowactwo do węglowodorów i innych związków niepolarnych (m. in. tłuszczów). Stąd wynika dwoista natura mydła. Jeśli do roztworu mydła wprowadzimy nieco tłuszczu cząsteczki mydła wnikają łańcuchami niepolarnymi w głąb tłuszczu. Pozostałe na powierzchni grupy COONa umożliwiają zwilżenie powierzchni tłuszczu przez wodę. Roztwory mydła tworzą z tłuszczami trwałą emulsję.

Emulsja - dwufazowe, ciekłe układy dyspersyjne utworzone z dwóch cieczy wzajemnie w sobie nierozpuszczalnych. W jednej cieczy, zwanej fazą ciągłą lub zewnętrzną, zawieszone są subtelne kropelki drugiej cieczy, zwanej fazą rozproszoną lub wewnętrzną.

Glicerol (gliceryna) - bezbarwna, bezwonna, oleista ciecz o słodkim smaku. Wrze w temperaturze 290^oC. Z wodą miesza się w każdym stosunku. Jest higroskopijna, utrudnia parowanie wody i znacznie obniża jej temperaturę zamarzania. Ma zatem właściwości nawilżające i jest stosowana do produkcji kremów, mleczka. Do celów kosmetycznych stosuje się 25- 45 % roztwory gliceryny.

Gliceryna ogrzewana w obecności czynników wiążących wodę (np. KHSO₄), ulega odwodnieniu, przekształcając się w nienasycony aldehyd zwany akroleiną.

Akroleina jako aldehyd wykazuje właściwości redukujące, dlatego można ją wykryć reakcją lustra srebrowego.

Próba Tollensa lub próba lustra srebrnego to reakcja służąca do wykrywania aldehydów. Odczynnik Tollensa otrzymuje się dodając roztwór wodorotlenku sodu do roztworu azotanu(V) srebra, a powstający tlenek srebra rozpuszcza się w roztworze amoniaku. Powstaje jon kompleksowy diaminasrebra(I) [Ag(NH₃)₂]⁺. Po dodaniu odczynnika Tollensa do roztworu aldehydu wytraca się srebro metaliczne, które tworzy lustrzaną warstwę na ściankach probówki

2 [Ag(NH₃)₂]⁺ + HCHO + 3 OH^- → 2 Ag + HCOO^- + 2 H₂O + 4 NH₃

Roztworu tego nie wolno przechowywać, ze względu na powstawanie tzw. srebra piorunującego o właściwościach wybuchowych.

Smalec - zawiera głównie glicerydy kwasu oleinowego, palmitynowego, stearynowego, mirystynowego i linolowego.

III. WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Otrzymywanie mydeł^*

W kolbie Erlenmayera o poj. 50 ml umieścić handlowy tłuszcz np. margarynę (3 g) i etanol (10 ml), ogrzać do rozpuszczenia. W oddzielnej kolbie Erlenmayera o poj. 50 ml rozpuścić NaOH (3 g) w wodzie (10 ml) i ostrożnie ogrzać. Wlać roztwór tłuszczu w etanolu do roztworu NaOH (uwaga: roztwór NaOH ma działanie silnie żrące), mieszać magnetycznie z łagodnym ogrzewaniem przez 30 minut. W zlewce o poj. 100-150 ml rozpuścić NaCl (15 g) w wodzie (50 ml). Roztwór należy oziębić w łaźni lodowej i mieszając magnetycznie wlać do niego alkaliczny roztwór otrzymany przez zmydlenie tłuszczu. Mieszanie kontynuować aż do uzyskania osadu łatwego do odsączenia. Osad należy odsączyć pod zmniejszonym ciśnieniem i dla usunięcia powstałego NaOH przemyć dwukrotnie małą ilością wody, oziębionej w lodzie. Tak uzyskany osad mydła można uformować, używając papierowego ręcznika. Jedną z cech mydeł jest tworzenie piany. Otrzymany osad mydła (0.3 g) należy rozpuścić w destylowanej wodzie (20 ml) w kolbce z korkiem. Roztwór wytrząsać prze 10

sekund do utworzenia piany. Następnie dodać 5% roztwór MgSO₄ (6 kropli) i ponownie wytrząsać. Należy porównać wyniki obu prób i podać ich wyjaśnienie.

2. Otrzymywanie syntetycznego detergenta^*

Jednym z typów detergentów anionowych są sole sodowe monoestrów kwasu

siarkowego z alkoholami zawierającymi powyżej dziesięciu atomów węgla w cząsteczce. Takie alkohole, na przykład alkohol laurylowy CH₃(CH₂)₁₁OH, otrzymuje się przez redukcję kwasów tłuszczowych.

W opisanym niżej eksperymencie alkohol laurylowy poddaje się redukcji z kwasem chlorosulfonowym (uwaga: kwas chlorosulfonowy jest bardzo reaktywny, silnie korodujący i parzący. Naczynia szklane użyte do syntezy detergentu powinny być dokładnie wysuszone. W żadnym przypadku nie należy dopuścić do kontaktu kwasu chlorosulfonowego z wodą).

Otrzymany ester laurylowy (dodecylowy) kwasu siarkowego przekształca się w sól sodową, która jest właściwym detergentem, pod działaniem roztworu węglanu sodu (schemat poniżej).

W kolbce Erlenmayera o poj. 50 ml umieścić kwas octowy (5 ml). Kolbkę oziębić łagodnie w lodzie unikając krystalizacji kwasu octowego, a następnie pod wyciągiem dodać małymi porcjami, z mieszaniem, kwas chlorosulfonowy (2.0 ml). Następnie dodać alkohol laurylowy (5.8 g) małymi porcjami, z mieszaniem zawartości kolbki. Po rozpuszczeniu całej ilości alkoholu laurylowego pozostawić kolbkę reakcyjną na 20 minut w temperaturze pokojowej dla zakończenia reakcji. W zlewce o poj. 100 ml przygotować roztwór NaCl (7 g) w wodzie (25 ml) i dodać rozdrobniony lód do objętości nie przekraczającej 50 ml. Wlać mieszaninę reakcyjną do mieszanego roztworu soli, a następnie wolno dodać nasycony roztwór Na₂CO₃ porcjami po 1ml, aż zacznie stawać się lekko zasadowa. Wytrącony osad detergentu należy odsączyć pod

zmniejszonym ciśnieniem i przemyć 2 razy małą ilością lodowatej wody.

*„Chemia kosmetyczna: ćwiczenia laboratoryjne.” K. Kacprzak, K. Gawrońska; UAM, Warszawa 2008, wyd. 1

3. Badanie właściwości mydeł

1. Obniżanie napięcia powierzchniowego:

1. do 2 probówek zawierających po 4 cm³ wody destylowanej dodać kilka kropli oleju

2. do jednej z nich wprowadzić 1 cm³ roztworu mydła

3. zawartość probówek silnie wstrząsnąć

4. zanotować spostrzeżenia

1. Wysalanie mydła:

1. do probówki z 5 cm³ roztworu mydła wprowadzić porcjami stały NaCl (szczypta) aż do wytrącenia mydła z roztworu

2. wytrąca się kłaczkowaty osad mydła, który rozpuszcza się po dodaniu wody w nadmiarze

IV. OPRACOWANIE WYNIKÓW

		Spostrzeżenia
Badanie właściwości mydeł	Obniżanie napięcia powierzchniowego
		Wysalanie mydła

1. Dlaczego po dodaniu mydła do mieszaniny wody i oleju tworzy się emulsja i o jakich właściwościach mydeł to świadczy?

2. Jaka jest różnica pomiędzy wysalaniem mydła a wytrącaniem?

1

---