Урок в 10 классе «Принцип действия моющих средств»

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №9

с углублённым изучением английского языка»

Ново-Савиновского района г.Казани Республики Татарстан

Открытый урок

«Принцип действия моющих средств»

10 класс

Учитель химии Хайруллина Эсмеральда Васильевна

Девиз урока: «Да здравствует мыло душистое и полотенце пушистое!»

Цель урока:

Образовательная: Закрепить знания реакции гидролиза на примере мыла; познакомить со строением, получением и принципом действия СМС.

Развивающая: Осуществить межпредметную связь химии, биологии (понятие гидрофильность, гидрофобность), экологии, физики (поверхностное натяжение).

Анализировать материал, формирование умения излагать свою точку зрения, оппонировать; осознать, что любую сущность можно познать через преобразование.

Воспитательная: продолжать вырабатывать такие черты характера, как пытливость, любознательность, стремление к расширению своего кругозора, через индивидуальную работу и работу в группе, осознавать постепенно необходимость выработки умения самооценки и взаимооценки.

Методы: Рассказ, беседа, лабораторная работа.

Оборудование: Интерактивная доска SMART-BOARD, коллекции СМС, для лабораторной работы: растворы мыла хозяйственного, СМС, СаСl₂, универсальный индикатор.

Тип урока: комбинированный.

Ход урока:

1. Организационный момент (1 мин)

2. Актуализация знаний (10 мин)

Классу показывается репродукции прачки художника Архипова «Прачки» и Ренуар «Прачки»

Учитель - Обращает внимание на руки этих женщин - красные, опухшие, с жёсткой нездоровой кожей.

Что является результатом этих необратимых процессов?

Учащиеся. Постоянное действие мыла.

Лабораторная работа

Учащимся предлагается:

1. Изучить рН растворов хозяйственного мыла, СМС.

2. Изучить поведение растворов мыла и СМС в жёсткой воде (создаётся добавлением к 3-5 мл дистиллированной воды 2-3 капель 5% раствора хлорида кальция).

Учащиеся фиксируют полученные результаты и выводы в тетрадь.

Учитель. Какие выводы вы записали в тетрадь по лабораторной работе №1? Что происходит при действии мыла? Записать на доске уравнение реакции.

Ученик. 1. Растворение мыла как соли сильного основания и слабой кислоты сопровождается гидролизом, при этом создаётся щелочная среда, которая оказывает вредное воздействие на многие ткани, особенно на шерсть, шёлк.

Уравнение реакции записывается на доске:

С₁₇Н₃₅СООNа+НОН↔ С₁₇Н₃₅СООН + NаОН

С₁₇Н₃₅СОО^-+Nа⁺+НОН↔ С₁₇Н₃₅СООН + Nа⁺+ОН^-

С₁₇Н₃₅СОО^-+НОН↔ С₁₇Н₃₅СООН+ОН^-.

Учитель. Что происходит с раствором мыла и СМС в жёсткой воде? Чем отличается мыло от СМС? Перечисляем достоинства СМС и фиксируем на доске напротив свойств мыла.

Ученик. 2. В жёсткой и морской воде моющее действие мыла уменьшается (оно не мылится, не пенится) вследствие образования нерастворимых кальциевых или магниевых солей (в виде хлопьев):

Мыло

СМС

1. Моет только в горячей воде (уравнение гидролиза)

1. Моет в широком интервале температур (гидролизу не подвергаются, т.к. сульфокислоты являются сильными кислотами). Растворы СМС нейтральны.

2. Плохо моет в жёсткой воде:

2С₁₇Н₃₅СООК+СаCl₂→

(С₁₇Н₃₅СОО)₂Са↓+2KCl

2С₁₇Н₃₅СОО^-+Са²⁺→(С₁₇Н₃₅СОО)₂Са↓

2. Сохраняет моющее действие в воде любой жёсткости, т.к. образующиеся при этом кальциевые и магниевые соли растворимы.

3. Дефицитность сырья (получают в основном из натуральных жиров).

3. Сырьё получают из нефти:

2С₁₆Н₃₄+О₂→2СН₃(СН₂)₁₄СН₂ОН

гексадекан цетиловый спирт

2СН₃(СН₂)₁₄СН₂ОН+НОSО₃Н↔

СН₃(СН₂)₁₄СН₂ОSО₃Н+Н₂О

кислый сульфоэфир цетилового спирта

2СН₃(СН₂)₁₄СН₂ОSО₃Н+Nа₂СО₃→

2СН₃(СН₂)₁₄СН₂ОSО₃Nа+Н₂О+СО₂

синтетическое моющее средство

3. Изложение нового материала (15 мин).

Учитель - Вещества, которые лишены недостатков мыла были получены синтетическим путём и получили название детергентов или синтетических моющих средств. (Демонстрируем порошки).

1. Сравниваем строение молекул мыла и СМС:

Мыло

СМС

СН₃-(СН₂)₁₆-СООNа

неполярная полярная

группа группа

СН₃-(СН₂)₁₄-ОSO₃Na

неполярная полярная

группа группа

2. Вспоминаем из курса общей биологии понятия гидрофильность (группы

-СООNа и -ОSO₃Na - гидрофильная часть молекулы) и гидрофобность (углеводородные радикалы - гидрофобная часть).

Учитель. Какая группа в молекуле мыла и СМС обеспечивает растворимость в воде, а какая стремится вытеснить молекулу мыла (СМС) из внутренних слоёв воды на её поверхность?

Учащиеся. -СООNа - гидрофильная, обеспечивает растворимость молекулы мыла в воде; группа -С₁₇Н₃₅ - гидрофобная, стремится вытеснить «отработавшую» молекулу мыла на её поверхность. Это сочетание гидрофильности и гидрофобности различных частей молекулы мыла и обеспечивает её моющее действие.

Схема действия мыла (СМС) такова:

• растворение молекулы мыла (СМС) в воде и подход к грязевой частице,

• отрыв грязевых частиц от материала,

• перевод грязевых частиц в моющий раствор и их удержание там.

Грязь удерживается на ткани тонким слоем жиров, которые должны быть удалены в первую очередь. При стирке загрязнённой ткани молекулы моющего вещества окружают капли жира, так что неполярные группы (обозначены зигзагами) оказываются «растворёнными» в жире, а полярные в воде. В результате капли жира становятся гидрофильными и переходят в раствор. Мыла и моющие средства - хорошие пенообразователи. Загрязняющие частицы, прилипая к пузырькам пены, удаляются вместе с ней из моющего раствора.

3. Связь с физикой. Препятствием на пути подхода моющего вещества к поверхности грязевой частицы является поверхностное натяжение воды. Вспоминаем понятие поверхностного натяжения и как поверхностное натяжение меняется с добавлением детергентов. С добавлением детергентов поверхностное натяжение становится достаточно низким и поверхность материала легко смачивается мыльным раствором.

Коэффициенты поверхностного натяжения различных жидкостей

Жидкости

Коэффициент поверхностного

Натяжения, мН/м

Спирт этиловый

23

Ацетон

24

Бензин

29

Оливковое масло

32

Глицерин

63

Вода

73

Ртуть

440

Чем больше коэффициент поверхностного натяжения жидкости, тем с большей силой она будет стремиться минимизировать свою поверхность при прочих разных условиях. Измерения показывают, что молекулы мыла на поверхности воды понижают её поверхностное натяжение почти в 2,5 раза. Происходит это из-за того, что, находясь на поверхности воды «головой вниз», они, во-первых, не стремятся внутрь и, во-вторых, отталкиваются друг от друга, а не притягиваются, как молекулы воды. Таким образом, увеличивать поверхность воды, если в ней растворено мыло, легче. А это значит, что жидкость может проникать в щели между нитями ткани. Другими словами, мыло делает воду «более мокрой».

Какие же молекулы обеспечивают достоинства СМС?

1. ПАВ - поверхностно-активные вещества (меняют поверхностное натяжение), например, натрий-сульфоновый эфир цетилового спирта. (см. табл)

2. Полифосфаты (помогают повышать активность ПАВ, снижают жёсткость воды за счёт образования прочных, но растворимых в воде соединений с ионами магния и кальция), например, натрийтрифосфат:

O O O

║ ║ ║

Na─O─P─O─P─O─P─O─Na

│ │ │

ONa ONa ONa

3. Отбеливающие вещества, например, перборат NaBO₂∙H₂O₂∙3Н₂О

4. Отдушка.

4. Разбираем вопрос, почему нужно строго придерживаться способа применения, который указан на коробке. При употреблении СМС в концентрации меньшей, чем указано на упаковке, полифосфата недостаточно, чтобы устранить жёсткость воды. ПАВ действует неэффективно. При употреблении СМС в концентрации большей, чем указано на упаковке, молекулы ПАВ реализуют свою склонность к склеиванию друг с другом - мицеллообразованию, в этом случае эффективность ПАВ также резко снижается. Разбираем строение мицелл (кружочками изображена гидрофильная часть молекулы, чёрточками - гидрофобная):

5. Экологический аспект.

Есть ли недостатки СМС? Да. СМС устойчивы и с трудом разрушаются, поэтому они способны накапливаться в окружающей среде и загрязнять её. Основную опасность в этом плане представляют полифосфаты (ПАВ сейчас стараются применять такие, что быстро подвергаются природой естественному разложению). Полифосфаты, содержащие в своём составе фосфор - один из важнейших питательных элементов, - попадая в водоёмы, вызывают бурное размножение планктона, «цветение» воды. Однако ситуация не безвыходная. Вместо полифосфатов с равным успехом можно использовать цитраты - соли лимонной кислоты. Цитрат натрия в сочетании с сульфатом натрия эффективно снижает жёсткость воды и не загрязняет окружающую среду (цитраты в природе быстро подвергаются разложению), их можно использовать в меньших количествах, чем полифосфаты, они создают при стирке менее щелочную среду. Основной сдерживающий фактор при использовании цитратов - более высокая себестоимость.

IV. Закрепление. (Проведение теста и взаимопроверка. Оценки выставляем в журнал)

1. Формула мыла:

А) С₁₇Н₃₅СООNa

Б) С₁₇Н₃₅СООН

В) С₁₅Н₃₁СООNa

2. Какая среда образуется при гидролизе мыла?

А) щелочная

Б) нейтральная

В) кислая

3. Жёсткость воды обусловлена ионами:

А) Са²⁺

Б) К⁺

В) Na⁺

4. Сырьём для получения СМС является:

А) попутные и нефтяные газы

Б) нефть

В) природное сырьё

5. Какая группа в молекулах СМС обеспечивает растворимость в воде?

А) гидрофобная

Б) гидрофильная

В) гидроксильная

6. В состав СМС входят:

А) полифосфаты

Б) отдушка

В) пероксид Na

Г) сода

Д) ПАВ

Е) аммиак

Ж) отбеливающие вещества

7. Какие вещества, содержащиеся в СМС, снижают жесткость воды?

А) ПАВ

Б) полифосфаты

В) отбеливающие вещества