Dzień dobry. Tematem dzisiejszej lekcji są środki, czystości i kosmetyki. Czyli będziemy rozmawiać o wodzie i dodatkach do wody, żeby coś ładnie umyć.
W związku z tym na początek trzeba omówić budowę cząsteczki wody. Wkładam na wzór H2O, myślę, że wszyscy wiedzą. Ale cząsteczka zbudowana z dwóch wodorów i... z jednego tlenu ma tak zwaną budowę kątową. O, wygląda mniej więcej tak.
Do tego jeszcze w cząsteczce tej występuje wiązanie kowalencyjne, w którym wiążąca para elektronów jest przesunięta w kierunku atomu o większej elektrojemności. Skutkuje to tym, że od strony tlenu cząsteczka wody ma ładunek cząstkowo ujemny, natomiast od strony wodoru dodatni. W ten sposób Powstaje cząsteczka o dwóch biegunach.
Z jednej strony ma ładunek dodatni, z drugiej ujemny. Jest to cząsteczka zwana dipolem. Mówimy, że woda ma budowę polarną.
I teraz, jak... Taka cząsteczka wody spotka się z cząsteczką tłuszczu. Punkt drugi.
Budowa tłuszczu. Można sobie przypomnieć budowę cząsteczki tłuszczu zaglądając parę lekcji do tyłu. Głównym elementem tłuszczu jest taki łańcuch węglowęglowy.
wodorowy, gdzie wiązania węgiel-węgiel i węgiel-wodór powtarzają się w sposób permanentny. I teraz okazuje się, że te wiązania węgiel-węgiel i węgiel-wodór praktycznie nie są spolaryzowane, to znaczy nie mają ładunków ujemnych, nie mają ładunków dodatnich. Tak naprawdę... Ogólny ładunek tej cząsteczki jest zero. I teraz wyobraźmy sobie, co się dzieje, jak spotka się zerowa cząsteczka tłuszczu, która nie naładowana jest wcale, z naładowaną cząsteczką wody, która jest z jednej strony ma plusik, z drugiej strony ma minusik.
Co się dzieje między nimi? Nic się nie dzieje. One się do siebie mają nijek.
Można powiedzieć, że cząsteczka tłuszczu i cząsteczka wody nie widzą się. Nie widzą się. Bardzo ładnym tego przykładem jest obserwowanie granicy pomiędzy tłuszczem A wodą? Proszę zobaczyć, że tłuszcz i woda zupełnie nie mieszają się, nawet jeśli zostaną wymieszane.
Tu mamy drugi przykład cząsteczki o budowie węglowodorowej. Jest to jakiś lakier hydrofobowy, powierzchnia hydrofobowa. który jak widać nie lubi wody. Proszę zobaczyć, jak wyglądają kropelki wody.
One w ogóle nie oddziałują z powierzchnią. Co to znaczy hydrofobowa? No fobia, arachnofobia to strach przed pająkami, tak? Klaustrofobia przed zamknięciem, tak? Więc jest to wstręt do wody.
Nie lubi wody. Powierzchnia hydrofobowa to jest powierzchnia, która ma fobie na punkcie wody. A pojęcie odwrotne, hydrofilowe, czyli kreda jest na przykład hydrofilowa, koszulka bawełniana jest hydrofilowa, drewno jest hydrofilowe, to znaczy, że co?
Co to znaczy filo? Filozofia, umilowanie mądrości, tak? Bibliofil lubi książki, a hydrofil lubi wodę, tak? Czyli hydrofilowy to jest lubiący.
Czyli jeżeli chcemy, żeby jakaś powierzchnia była hydrofobowa, nie wiążąca się z wodą, należy pokryć ją lakierem, właśnie jakimś węglowodorowym o właściwościach. hydrofobowych. Dipole wody mają ładunek dodatni i ujemny i potrafią ze sobą oddziaływać.
Potrafią stworzyć struktury. W przypadku powierzchni granicznych, jak granica woda-powietrze, potrafią wytworzyć taką... błonę półsprężystą, którą nazywamy właśnie napięciem powierzchniowym. Pięknym przykładem właśnie takiego wykorzystania, takiego zjawiska jest nartnik. Proszę zobaczyć, jak wykorzystuje sprężystość tej powierzchniowej błony wody, żeby chodzić po wodzie.
Jest pytanie, czy to dobrze, że istnieje napięcie powierzchniowe wody? Dla nartnika pewnie tak, a dla procesu mycia niestety nie. Napięcie powierzchniowe w skrócie NP powoduje utrudnienie, wnikanie wody.
pory skóry czy tkaniny. To już się rodzi pytanie, czy w związku z tym można zmniejszyć napięcie powierzchniowe. Można sobie w domku wykonać takie bardzo proste doświadczenie. Nalać do szklaneczki wody czyściutkiej, najlepiej destylowanej, i na tej wodzie położyć, na powierzchni wody położyć igłę.
Delikatnie położyć igłę. I ona będzie pływać. I tu mamy dowód na to, że ta igła zachowuje się jak nartnik.
Jeśli natomiast, by do tego szklaneczki dodać jakiegoś mydła, albo płyn do mycia naczyń, proszek do prania, to okazałoby się, że ta igła natychmiast by utonęła. Czyli gdybyśmy nartnikowi podlali trochę płynu do mycia naczyń, to niestety też prawdopodobnie by... Czyli można zmniejszyć napięcie powierzchniowe wody i do tego służą, bardzo ważne pojęcie, tak zwane środki powierzchniowo czynne.
Środki. Powierzchniowo czynne zmniejszają napięcie powierzchniowe. Najbardziej znanym przedstawicielem środków powierzchniowo czynnych jest mydło.
Przypełnijmy tutaj wzór mydła najprostszego C17H35COONA. I teraz w momencie, jak to mydło wpuścimy do wody, to ono dysocjuje w tym miejscu na anion tearynianowy C17H. 35. COO- oraz lakation sodu.
I środkiem powierzchniowo czynnym jest dokładnie tego typu anion. Przyjrzyjmy się mu bliżej. Mamy na rysunku przedstawioną właśnie taką cząsteczkę mydła.
I teraz co tu wyróżniamy? Mamy część hydrofilową. Dlaczego hydrofilową? Bo ma ładunek. I woda może się przytulić do ładunku ujemnego, bo woda, przypomnę, jest dipolem.
Ma jednej strony plus, drugie minus. Oraz drugą część, tą długą, ogonowatą, aż dotąd. I mówimy, że jest to część hydrofobowa, nielubiąca wody. ponieważ zbudowana właśnie z takich niespolaryzowanych wiązań. Czyli tutaj mamy ładunek praktycznie wszędzie zero.
Tą część długą nazywamy ogon, tą część w postaci kółeczka nazywamy główką. W związku z tym na uproszczonych rysunkach możecie spotkać taki rysunek. Czyli to jest główka.
która lubi wodę, jest hydrofilowa oraz ogon, który jest hydrofobowy. Mechanizm mycia i prania jest, można powiedzieć, wielokierunkowy. Wieloetapowy.
Pierwsze co, środki powierzchniowo czynne, to zmniejszają napięcie powierzchniowe wody. Napięcie powierzchniowe. Dlaczego? Proszę się przyjrzeć w przybliżeniu. To jest granica.
Powietrze, woda. Proszę zobaczyć, że cząsteczki mydła rozbijają siły spójności między cząsteczkami wody. Czyli woda z mydłem rozbija te siły spójności, dzięki temu woda łatwiej wnika w myty materiał. Dalej, co jeszcze robi woda?
otacza tłusty brud. Proszę zobaczyć, tu jest tłusty brud, o, tu jest tłusty brud i woda tymi ogonkami otacza tłusty brud, dzięki czemu brud jest widoczny dla wody. Czyli mówiąc tak, jeżeli to mamy kuleczkę brudu, to woda do niego przylega ogonkiem hydrofobowym, a na zewnątrz wystaje główka hydrofilowa i dzięki temu dipol wody może z brudem oddziaływać.
Ale jeszcze mamy trzeci argument. Jest to tak zwana micela. Jest to pęcherzyk powietrza.
O, tu jest pęcherzyk powietrza. O, powietrze otoczone, proszę zobaczyć, ogonkami mydła. I teraz powstaje piana, która unosi brud.
Czyli możemy powiedzieć, że mydło po pierwsze zmniejsza napięcie powierzchniowe, czyli wszystkie środki powierzchniowe czynne w tym mydło, a zmniejsza napięcie powierzchniowe. Dwa, tworzy obtoczkę wokół brudu, żeby brud był widoczny dla wody. C, pęcherzyki piany ułatwiają unoszenie go na... powierzchnię wody. Ostatnia ważna, bardzo praktyczna rzecz.
Nie umyjemy rąk, nie wypierzemy prania, jeśli nie będzie tarcia. Pod cząstkę brudu musi dotrzeć cząstka mydła. W związku z tym musimy, można powiedzieć, troszeczkę podważyć to mydło nasze, żeby ta cząsteczka mydła otoczyła brud i mogła go oderwać od tkania. tkaniny od ręki i dopiero potem usunąć. Wpływ twardości wody na powstawanie piany.
Czyli wpierw trzeba sobie powiedzieć, to co to jest twarda woda. Ta twardość, o której tu mówimy, jest tak zwaną twardością przemijającą i wynika z zawartości kationów wapnia oraz kationów magnezu Mg2+, które pojawiają się w wodzie dla... w wyniku rozpuszczania się minerałów i skał podczas przepływu.
Minerałami zawierającymi kationy wapnia i magnezu są węglany, wodorowęglany wapnia i węglany, wodorowęglany magnezu. I teraz, jeśli rozpuścimy mydło, czyli C17H, 35 COONA, czyli stearynian sodu, mydło, pod wpływem wody ulega dysocjacji na C17H35COO- oraz kation sodu. I istotną dla naszej zabawy jest właśnie ten jon. który ma bardzo długi ogon i do tego hydrofilową główkę.
W tym wypadku ona jest ujemna. Jest to środek powierzchniowo czynny, tak zwany anionowy. A to jest ogon, który jest hydrofobowy.
I teraz ten C17H35. COO- spotyka się z kim? Z kationem wapnia i z kationem magnezu.
To jest dodatnie, to jest ubiegłe. Zachodzi reakcja chemiczna CA2+, i powstaje nierozpuszczalny w wodzie stearylian wapnia, czy ewentualnie stearylian magnezu. C17, H35, COO, CA. Przy czym wapń jest dwuwartościowy, więc musi być tutaj.
dwa razy wzięte. I to, proszę Państwa, moi drodzy, jest nierozpuszczalne w wodzie i jest w postaci osadu. Dlatego woda w wadnie zawsze będzie troszeczkę mętna. I dopiero jak mydło czy inny detergent usunie z roztworu te jony, dopiero roztwór się pieni. usunięciu właśnie tych jonów Mg2+, i Ca2+.
I wniosek z tego jest taki. Im bardziej twarda woda, tym trudniej ją spienić. Więcej trzeba użyć mydła, żeby zmiękczyć wodę i żeby mogła zacząć się spienić. Kosmetyki to... Produkty przeznaczone do oczyszczania, pielęgnacji, a także do ochrony.
Czego? Ogólnie ciała, skóry, bardzo dużo kosmetyków jest w postaci emulsji. Czyli właściwie w tej chwili trzeba byłoby powiedzieć, czym jest emulsja. Emulsja jest mieszaniną co najmniej dwóch nierozpuszczających się cieszy. żeby te nierozpuszczające się w sobie ciecze mogły być stabilne, potrzebny jest emulgant.
Powstawanie emulsji i rodzaje emulsji. Można wykonać takie bardzo proste doświadczenie, które mamy tutaj. Mamy dwie probówki albo dwie szklanki woda z olejem. W jednej szklance czy w probówce, na przykład numer 2, weźmiemy tę wodę z olejem, wymieszamy i co powstanie? No powstanie coś takiego, prawda?
Mimo mieszania... Olej i woda rozdzielą się od siebie, ponieważ to jest hydrofilowe, a to jest hydrofobowe. Tłuszcz z olejem się nie miesza, bo mają zupełnie różną budowę.
Czyli woda z olejem nie miesza się. I teraz tą samą mieszaninę. Do tej samej mieszaliny oddamy jeszcze roztwór mydła. I co się okaże?
Okaże się, że po wymieszaniu, po wytrząśnięciu tej probówki, raptem mieszalina robi się stabilna, nie rozdziela się. Po dodaniu mydła mieszalina, co robi? Nie rozdziela się. Czyli mydło jest gwarantem stabilności mieszaniny. Mydło jest emulgatorem, czyli łączy przeciwieństwa.
Tłuszcz i wodę mamy. Dwa przeciwieństwa. I co mamy? I emulgator.
Emulgator, który jest zrobiony z części hydrofobowej i z części hydrofilowej. I w ten sposób pośredniczy między dwoma różnymi substancjami. Znamy dwa rodzaje emulsji. Podpunkt A, tak zwana emulsja olej w wodzie, w skrócie OW. Czyli mamy tak, dużo wody i mało oleju.
Przykładami takiej emulsji jest na przykład krem nawilżający, czy na przykład mleko, które przecież zawiera jakieś 3,5% czy 2,5% tłuszczu. I proszę, przyjrzyjmy się temu rysunkowi, to jest właśnie typ. Mieszaniny olej w wodzie. Proszę zobaczyć, kto jest gwarantem stabilności.
Hydrofilowa główka, która jest skierowana do wody i ogon. tłuszczowy, ten węglowodorowy, który jest podobny do oleju. I teraz olej otoczony jest hydrofilowymi główkami, dlatego woda, dipole wody mogą tą kropelkę oleju widzieć, ustabilizować i ten olej nie wypłynie na wierzch.
Podpunkt B. Woda w oleju. typ WO. Czyli mamy tak, dużo oleju, a mało wody.
Przykładem takich emulsji jest na przykład majonez, czy na przykład kreby natłuszczające. I teraz proszę przyjrzeć się też naszemu rysunkowi. Proszę zobaczyć, jakby sytuacja jest odwrota. W środku jest woda, na zewnątrz olej, ale układ emulgatorków naszych jest dokładnie taki sam. Woda została ustabilizowana, kropelka wody została ustabilizowana emulgatorkiem, który do środka ma skierowane część hydrofilową, na zewnątrz...
Woda, kropelka wody upodobniła się do tłuszczu, można by powiedzieć, wystawiając ogonki hydrofobowe. W ten sposób mamy dwa rodzaje emulsji. Bardzo dużo mamy emulsji, czy wszystkie serki, deserki, czekolady, słodycze.
I tam bardzo często jest emulgator, który nazywa się lecytyna. Najczęściej lecytyna, takie białko z soi, lecytyna sojowa. Uwaga, jest to dosyć silny alergen.
Ale z drugiej strony, gdybyśmy nie używali emulgatorów w tych produktach spożywczych, nie chcielibyśmy jeść rozwarstwionego serka, rozwarstwionej czekolady czy innego kremiku. Emulgatorki są potrzebne.