Bài 2. Xà phòng và chất giặt rửa – Hóa học 12 Kết nối tri thức

Yêu cầu cần đạt

Nêu được khái niệm, đặc điểm về cấu tạo và tính chất chất giặt rửa của xà phòng và chất giặt rửa tự nhiên, tổng hợp.
Trình bày được một số phương pháp sản xuất xà phòng, phương pháp chủ yếu sản xuất chất giặt rửa tổng hợp.
Thực hiện được (hoặc quan sát video) thí nghiệm về phản ứng xà phòng hoá chất béo.
Trình bày được cách sử dụng hợp lí, an toàn xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp trong đời sống.

Mục tiêu

Tại sao xà phòng và chất giặt rửa có thể loại bỏ các vết bẩn trên quần áo, dầu mỡ ở chén bát

1. Khái niệm, đặc điểm cấu tạo của xà phòng và chất giặt rửa

Xà phòng là hỗn hợp muối sodium hoặc potassium của các acid béo và các chất phụ gia. Thành phần chủ yếu của xà phòng thường là muối sodium của palmitic acid hoặc stearic acid.
Chất giặt rửa tổng hợp là các chất được tổng hợp hoá học, có tác dụng giặt rửa như xà phòng nhưng không phải là muối sodium, potassium của các acid béo. Những chất này thường là muối sodium alkylsulfate hoặc alkylbenzene sulfonate.
Ngoài ra, một số sản phẩm từ thiên nhiên cũng có tác dụng giặt rửa như nước quả bồ kết, quả bồ hòn,.... (chất giặt rửa tự nhiên).
Cấu tạo của xà phòng và chất giặt rửa phổ biến thường gồm hai phần:
Phần phân cục ("đầu" ưa nước): là nhóm carboxylate (xà phòng) hoặc nhóm sulfate, sulfonate (chất giặt rửa tổng hợp). Phần này có thể hoà tan được trong nước.
Phần không phân cực (“đuôi" kị nước): là gốc hydrocarbon có mạch dài (R). Phần này không tan trong nước.

Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo chung của xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp phổ biến, minh họa phần không phân cực (đuôi kị nước) và phần phân cực (đầu ưa nước) cho cả hai loại.

Dưới đây là ví dụ về cấu tạo của xà phòng và chất giặt rửa:

Hình 2.2. Hình ảnh công thức cấu tạo của một số chất hoạt động bề mặt: xà phòng (a) với nhóm carboxylate và chất giặt rửa phổ biến (b) với nhóm sulfonate, cả hai đều có đuôi kị nước và đầu ưa nước.

1. Em hãy nêu sự giống và khác nhau về cấu tạo giữa xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp.
2. Trong các chất sau, chất nào là xà phòng, chất nào là chất giặt rửa tổng hợp?
Xác định đầu ưa nước và đuôi kị nước của các chất này.
a) $C H_{3} [C H_{2}]_{14} C O O N a$ ;
b) $C H_{3} [C H_{2}]_{10} C H_{2} O S O_{3} N a$ .

2. Tính chất giặt rửa

Khi xà phòng, chất giặt rửa tan vào nước sẽ tạo dung dịch có sức căng bề mặt nhỏ làm cho vật cần giặt rửa dễ thấm ướt. Đuôi kị nước trong xà phòng và chất giặt rửa thâm nhập vào vết bẩn (Hình 2.3b), phân chia vết bẩn thành những hạt rất nhỏ có đầu ưa nước quay ra ngoài (Hình 2.3c), các hạt này phân tán vào nước và bị rửa trôi (Hình 2.3d).

Hình 2.3. Sơ đồ minh họa tính chất giặt rửa: (a) vết bẩn dầu mỡ trên vật liệu, (b) đuôi kị nước của chất giặt rửa thâm nhập vào vết bẩn, (c) vết bẩn bị phân chia thành hạt nhỏ với đầu ưa nước quay ra ngoài, (d) các hạt vết bẩn phân tán vào nước và bị rửa trôi.

3. Phương pháp sản xuất xà phòng và chất giặt rửa

1. Phương pháp sản xuất xà phòng

Xà phòng được sản xuất bằng cách đun chất béo với dung dịch $N a O H$ đặc hoặc $K O H$ đặc (phản ứng xà phòng hoá):

$C h \overset{ˊ}{\hat{a}} t b \overset{ˊ}{e} o + N a O H / K O H (đặ c) \overset{t^{0}}{\to} G l y c e r o l + M u \overset{ˊ}{\hat{o}} i s o d i u m / p o t a s s i u m c ủ a a c i d b \overset{ˊ}{e} o$
(Thành phần chính của xà phòng)

Ví dụ:
$H_{2} C - O - C - C_{17} H_{35}$
$H C - O - C - C_{17} H_{35}$
$H_{2} C - O - C - C_{17} H_{35}$
$+ 3 N a O H \overset{t^{0}}{\to} H_{2} C - O H + 3 C_{17} H_{35} C O O - N a^{+}$
$H C - O H$
$H_{2} C - O H$
sodium stearate
(xà phòng)
chất béo
glycerol

Các muối của acid béo tách ra được đem trộn với chất diệt khuẩn, chất tạo hương,.... rồi ép thành bánh với nhiều hình dạng khác nhau.
Xà phòng còn được sản xuất từ dầu mỏ theo sơ đồ sau:

Sơ đồ sản xuất xà phòng từ alkane (lấy từ dầu mỏ) qua acid béo rồi thành muối sodium/potassium của acid béo.

Thí nghiệm: Phản ứng xà phòng hoá chất béo
Chuẩn bị:
Hoá chất: chất béo (dầu thực vật hoặc mỡ động vật), dung dịch $N a O H$ 40%, dung dịch $N a C l$ bão hoà.
Dụng cụ: bát sứ, cốc thuỷ tinh, đũa thuỷ tinh, kiềng sắt, đèn cồn.
Tiến hành:

Cho khoảng 2 g chất béo và khoảng 4 mL dung dịch $N a O H$ 40% vào bát sứ. Đun hỗn hợp trong khoảng 10 phút và liên tục khuấy bằng đũa thuỷ tinh. Nếu thể tích nước giảm cần bổ sung thêm nước.
Kết thúc phản ứng, đổ hỗn hợp vào cốc thuỷ tinh chứa khoảng 30 mL dung dịch $N a C l$ bão hoà, khuấy nhẹ. Để nguội hỗn hợp, tách lấy khối xà phòng nổi lên ở trên.

Quan sát hiện tượng xảy ra và thực hiện các yêu cầu sau:
1. Tại sao phải khuấy liên tục hỗn hợp phản ứng?
2. Giải thích hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm.

3. Viết phương trình phản ứng xà phòng hoá chất béo tripalmitin (tạo thành từ glycerol và palmitic acid).

2. Phương pháp sản xuất chất giặt rửa tổng hợp

Chất giặt rửa tổng hợp được sản xuất từ dầu mỏ theo sơ đồ sau:

Sơ đồ sản xuất chất giặt rửa tổng hợp từ dầu mỏ, qua các chất trung gian

R - S O_{3} H

và

R - O S O_{3} H

, rồi thành muối sulfonate hoặc sulfate

R - S O_{3} N a

và

R - O S O_{3} N a

Muối sulfonate hoặc muối sulfate được trộn với một số chất phụ gia khác nhau để tạo thành chất giặt rửa tổng hợp.
(*) Quá trình có thể diễn ra qua nhiều giai đoạn.

Ví dụ:

$H_{2} C - O - C - C_{17} H_{35}$ $H C - O - C - C_{17} H_{35}$ $H_{2} C - O - C - C_{17} H_{35}$ (chất béo) + $3 N a O H$ $\overset{t^{\circ}}{\to}$ $H_{2} C - O H$ $H C - O H$ $H_{2} C - O H$ (glycerol) + $3 C_{17} H_{35} C O O - N a^{+}$ (sodium stearate (xà phòng))

Xà phòng còn được sản xuất từ dầu mỏ theo sơ đồ sau:

Sơ đồ sản xuất xà phòng từ dầu mỏ: Alkane (lấy từ dầu mỏ) -> Acid béo -> Muối sodium/potassium của acid béo.

1.

Tại sao phải khuấy liên tục hỗn hợp phản ứng?

2.

Giải thích hiện tượng xảy ra trong thí nghiệm.

3.

Viết phương trình phản ứng xà phòng hoá chất béo tripalmitin (tạo thành từ glycerol và palmitic acid).

Phương pháp sản xuất chất giặt rửa tổng hợp

(*)

Quá trình có thể diễn ra qua nhiều giai đoạn.

EM CÓ BIẾT
Bột giặt tổng hợp có thành phần chính gồm: chất tạo hạt bột giặt, chất giặt rửa tổng hợp, chất tẩy trắng, enzyme. Ngoài ra, chúng còn có thêm chất chống lắng đọng, chất điều chỉnh bọt, chất tạo huỳnh quang, chất tạo hương, chất độn,...

Ứng dụng của xà phòng và chất giặt rửa

Xà phòng được sử dụng để tắm, rửa tay,... Chất giặt rửa tổng hợp được sử dụng để giặt quần áo, rửa chén bát, rửa tay, lau sàn,...

Hiện nay, chất giặt rửa tổng hợp được sử dụng phổ biến là do: chất giặt rửa dễ hoà tan trong nước hơn xà phòng, chất giặt rửa có thể sử dụng với nước cứng và môi trường acid, ngược lại xà phòng kém tác dụng trong môi trường này.

Nhược điểm của chất giặt rửa tổng hợp so với xà phòng là một số chất giặt rửa tổng hợp khó phân huỷ sinh học nên kém thân thiện với môi trường.

EM ĐÃ HỌC

Xà phòng là hỗn hợp muối sodium hoặc potassium của các acid béo và các chất phụ gia.
Chất giặt rửa tổng hợp là các chất được tổng hợp hoá học, có tác dụng giặt rửa như xà phòng nhưng không phải là muối sodium, potassium của các acid béo. Những chất này thường là muối sodium alkylsulfate hoặc alkylbenzene sulfonate.
Một số sản phẩm từ thiên nhiên có tác dụng giặt rửa như nước quả bồ kết, quả bồ hòn,....
Cấu tạo của xà phòng và chất giặt rửa phổ biến thường gồm hai phần: đầu ưa nước và đuôi kị nước.
Xà phòng được sản xuất bằng phản ứng thuỷ phân chất béo trong môi trường kiềm hoặc sản xuất từ dầu mỏ.
Chất giặt rửa tổng hợp được sản xuất từ dầu mỏ.
Xà phòng được dùng để tắm, rửa tay,... Chất giặt rửa được sử dụng để giặt quần áo, rửa tay, rửa chén bát, nước lau kính, lau sàn,...

EM CÓ THỂ
Biết được đặc điểm cấu tạo, tính chất, các ưu, nhược điểm của xà phòng và chất giặt rửa để lựa chọn và sử dụng chúng hợp lí, an toàn trong đời sống.

Xem bản PDF nguyên trang sách: Hóa học 12 – Kết nối tri thức với cuộc sống (trang 16–18).