Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén | Myphamthucuc.vn

Câu hỏi : Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén

Lời giải :

Chất tẩy rửa là chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt của nước làm cho vải được thấm ướt hoàn toàn. Mỗi phân tử của chất hoạt động bề mặt có 1 đầu ưa nước, đầu này bị các phân tử nước hút và 1 đầu không ưa nước (kị nước) – đầu này đồng thời vừa đẩy nước vừa hút vào các chất dầu mỡ bẩn. Các lực ngược nhau này đã kéo các chất bẩn ra và làm chúng treo lơ lửng trong nước ở dạng hòa tan, nhũ hoặc huyền phù. 

Cơ chế tẩy rửa dầu mỡ của nước rửa chén cũng dựa vào cơ chế trên.

Ban đầu, dầu mỡ được ngâm trong môi trường nước nhưng do sức căng bề mặt của nước lớn nên nước không thể tách hoặc hòa tan vết bẩn.

Khi hòa tan nước rửa chén vào nước, dung dịch chất tẩy rửa này có sức căng bề mặt nhỏ hơn nước. Dung dịch có thể thấm sâu và lôi các vết dầu mỡ ra, các vết dầu mỡ được lấy ra và treo lơ lửng ở dạng nhũ tương hoặc dung dịch đồng nhất.

Cùng Toploigiai tìm hiểu kĩ hơn về chất tẩy rửa và cơ chế hoạt động của nó nhé.

Chất hoạt động bề mặt nguyên liệu làm chất tẩy rửa

1. Chất tẩy rửa là gì

Chất tẩy rửa là chất hoạt động bề mặt làm giảm sức căng bề mặt của nước làm cho vải được thấm ướt hoàn toàn.Mỗi phân tử của chất hoạt động bề mặt có 1 đầu ưa nước, đầu này bị các phân tử nước hút và 1 đầu không ưa nước (kị nước) – đầu này đồng thời vừa đẩy nước vừa hút vào các chất dầu mỡ bẩn. Các lực ngược nhau này đã kéo các chất bẩn ra và làm chúng treo lơ lửng trong nước ở dạng hòa tan, nhũ hoặc huyền phù. Khuấy đảo của tay hay máy giặt đã giúp kéo hẳn các chất bẩn ra khỏi bề mặt cần làm sạch.

Các vết bẩn phân cực thì dùng chất hoạt động bề mặt anion, các vết bẩn không phân cực thì dùng chất hoạt động bền mặt không ion.

VD: Cơ chế tẩy rửa dầu mỡ của xà phòng

Ban đầu, sợi có dính vết bẩn dạng dầu mỡ được ngâm trong môi trường nước. Do sức căng bề mặt của nước lớn nên nước không thể tách hoặc hòa tan vết bẩn.

Khi hòa tan chất tẩy rửa vào nước, dung dịch chất tẩy rửa này có sức căng bề mặt nhỏ hơn nước. Dung dịch có thể thấm sâu vào sợi vải và lôi các vết dầu mỡ ra, các vết dầu mỡ được lấy ra và treo lơ lửng ở dạng nhũ tương hoặc dung dịch đồng nhất.

Chất tẩy rửa có tác dụng chống bám bẩn trở lại. Các vết bẩn trong dung dịch tẩy có thể ưa hoặc kỵ nước. Các hạt ưa nước sẽ phân tán vào trong nước và không bị tái bám. Ngược lại các hạt kỵ nước lại có khuynh hướng bám trơ lại vải. Trong dung dịch tẩy rửa, phần lớn bề mặt vải và hạt bẩn tích điện âm.

See also  Bài 61 trang 83 SGK Toán 7 tập 2 | Myphamthucuc.vn

– Các chất hoạt động bề mặt anion bị hút vào hạt bẩn và sợi làm tăng hàng rào tĩnh điện giữa chúng và các hạt giúp sự phân tán các hạt bẩn ổn định, ngăn sự tái bám. Nhưng đến một nồng độ nào đó của vết bẩn và chất hoạt động bề mặt nhất định, khi nồng độ anion càng cao thì sự tái bám càng tăng do sự nén ép lớp điện tích kép bao bọc bề mặt sợi và hạt.

– Các chất hoạt động bề mặt nonion có dây kỵ nước của phân tử càng dài thì tính chống tái bám càng lớn. Các chất nonion hấp phụ vào bề mặt sợi và các hạt bẩn hướng phần ưa nước ra ngoài. Hàng rào lập thể được tạo ra và cả lớp nước hydrat hóa sẽ ngăn chặn các hạt tiến lại gần sợi, chống lại sự tái bám. Nhưng thực tế chất hoạt động bền mặt nonion có khả năng chống tái bám thấp hơn các anion.

– Chất hoạt động bề mặt cation không có tác dụng chống tái bám, nó không thích hợp cho việc giặt tẩy. Chất hoạt động bề mặt cation tích điện dương, bề mặt vải tích điện âm vì vậy chúng bám vào vải nên không có tác dụng chống tái bám.

Chất hoạt động bề mặt tạo bọt làm cho chất bẩn không tan tập trung lên bề mặt bọt và bị đẩy ra ngoài. Một chất hoạt động bề mặt hay hỗn hợp chất hoạt động bề mặt có khả năng tạo bọt tối đa quanh cmc. Với một loại chất hoạt động bề mặt , cmc càng nhỏ thì khả năng tạo bọt càng lớn. Đối với alky sulfat, chiều dài dây Cacbon tăng thì độ hòa tan cmc giảm, khả năng tạo bọt tăng; khi di chuyển nhóm ưa nước vào trong dây hay dùng dây Cacbon mạch nhánh thì làm tăng cmc từ đó làm giảm khả năng tạo bọt. Chất chất hoạt động bề mặt không ion tạo bọt ít hơn ion trong nước. Để tăng khả năng tạo bọt người ta thêm vào các thành phần phụ gia, đó là các chất hữu cơ có cực có thể làm giảm cmc của chất hoạt động bề mặt. Các chất tăng cường bọt trong bột giặt, nước rửa chén, các dầu gội đầu là mono hay dietanol amid tạo bọt bền, mịn và đều.

2. Chất tẩy rửa có bốn chức năng cơ bản:

– Chất tẩy rửa phải có khả năng trung hòa các vết bẩn có thành phần axit (hầu hết các vết bẩn là axit trong tự nhiên).

– Chất tẩy rửa phải có khả năng nhũ hóa chuyển dẫu mỡ thành các hạt nhỏ phân tán trong nước.

– Chất tẩy rửa phải có khả năng chia tách các hạt bẩn cacbon, bụi, đất sét… thành các hạt rất nhỏ.

– Chất tẩy rửa phải giữ chất bẩn lơ lửng trong dung dịch để không xảy ra sự tái bám trở lại bề mặt đã được làm sạch trong quá trình tẩy rửa.

Khả năng của chất tẩy rửa trong việc thực hiện các chức năng đã nêu ở trên phụ thuộc vào thành phần của chất tẩy rửa, điều kiện sử dụng, trạng thái tự nhiên của bề mặt được tẩy rửa, của chất bẩn và của pha chính [7, 9].

See also  Phân tích bài thơ Tỏ lòng (ngắn gọn, hay nhất) | Myphamthucuc.vn

3. Thành phần chất tẩy rửa

Thành phần chính của các chất tẩy rửa trong sinh hoạt hay công nghiệp đều bao gồm: Chất hoạt động bề mặt, chất xây dựng, các chất phụ gia.

Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén (ảnh 2)

Các thành phần này đều có những chức năng và vai trò quan trọng trong chất tẩy rửa đồng thời tác động qua lại với nhau .

a) Chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt là hợp chất hóa học, khi hòa tan trong chất lỏng sẽ làm giảm sức căng bề mặt của chất lỏng hoặc lực căng ở mặt tiếp xúc của nó với một chất lỏng khác do quá trình hấp phụ vào chất này hay chất kia ở bề mặt tiếp xúc.

Phân tử chất hoạt động bề mặt gồm hai phần có hai ái lực trái ngược nhau:

Phần thứ nhất có một ái lực được tạo ra bởi nhóm có cực, làm cho phân tử có những tính chất háo nước (nhóm ưa nước). Phần ưa nước có thể là một ion hoặc một nhóm phân cực mạnh.

Phần thứ hai có một ái lực được tạo ra bởi một nhóm không có cực, làm cho phân tử có những tính chất háo dầu (nhóm kỵ nước). Thường là gốc hydrocacbon dạng thẳng, nhánh hoặc vòng (vòng no hoặc thơm) /7,37,38,41/.

b) Phân loại chất hoạt động bề mặt.

– Chất hoạt động bề mặt được chia làm bốn loại chính dựa theo tính chất điện tích:

– Chất hoạt động bề mặt mang điện tích âm ( anionic).

– Chất hoạt động bề mặt mang điện tích dương (cationic).

– Chất hoạt động bề mặt mang cả hai dấu điện (ampholyte).

– Chất hoạt động bề mặt không mang điện (NI).

Anionic:

Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén (ảnh 3)

Đây là những chất hoạt động bề mặt khi được hòa tan trong nước sẽ cung cấp những ion mang điện âm, và những ion này là nguyên nhân của hoạt tính bề mặt. Có thể được ký hiệu như sau:

Các chất hoạt động bề mặt anion bao gồm:

– Các muối của những axit béo, gọi chung là xà phòng như muối kiềm của axit béo, muối kim loại của axit béo, muối gốc hữu cơ của các axit béo.  Công thức chung của các loại xà phòng anion là: RCOONa.

Trong đó:  -R:  mạch hydrocacbon đặc trưng của axit béo và có tính háo dầu. -COONa: phần có cực và háo nước.

Khi hòa tan vào nước (dung môi phân cực) thì các phân tử xà phòng trở nên mang điện, các ion Na+ là những ion mang dấu điện dương, bị hấp phụ vào nước, còn các ion RCOO – mang dấu điện âm thì bị hấp thụ vào các hạt nhựa nhỏ li ti.

R – COONa ⇔ R – COO   +  Na+

  • Các muối sunfat của các axit béo: Đây là những chất hoạt động bề mặt rất phổ biến. Chúng được dùng làm nguyên liệu gốc để chế tạo các loại nước gội đầu, các chất tạo nhũ hóa và các chất tẩy rửa.

Tiêu biểu cho loại này gồm có:

Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén (ảnh 4)

Avirol được sản xuất ở dạng lỏng sánh, dễ tan trong nước lạnh nhưng khi để lâu dung dịch đục. Do có khả năng tẩy rửa và nhũ hóa tốt nên được dùng làm chất nhũ hoá dầu mỡ.

Sulfat rượu bậc một (PAS – primary alcohol sulfate):

R – CH2– O – SO3 – Na   với R= C11 đến C12

See also  Hướng dẫn soạn bài Tìm hiểu chung về phép lập luận chứng minh (ngắn nhất) | Myphamthucuc.vn

Alkyl Ete Sulfat (LES): loại chất hoạt động này thường được sử dụng trong các công thức lỏng(nước rửa chén, dầu gội đầu).

R – O – (CH2 – CH2 – O)n – SO3 –

– Các  dẫn  xuất  sunfonat: Các chất sunfonat  của  dầu hỏa, các chất lignosunfat, các chất alkylarysunfonat [7].

Trong  tẩy  rửa  người  ta  thường  dùng  alkylbenzensunfonat  (ABS).  Có những ABS nhánh và ABS thẳng. ABS nhánh chỉ còn dùng ở một vài quốc gia vì tốc độ phân giải chậm bởi các vi sinh vật.

Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén (ảnh 5)

Ngoài ra người ta còn sử dụng các sunfonol, là hỗn hợp các muối natri kiểu alkylsulfonat. Sulfonol dễ hòa tan trong nước nóng, có khả năng tẩy rửa và thấm ướt nên được dùng để nấu các loại vải xenlulo và giặt len. Sulfonol có công thức tổng quát như sau:

– Các chất hữu cơ photpho: Công thức của các chất này hiện nay có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Các loại alkylphotphat là những chất được ứng dụng nhiều nhất để làm chất nhũ hóa, đặc biệt để chế tạo vi nhũ tương.

Cationic:

Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén (ảnh 6)

Đây là những chất hoạt động bề mặt tự ion hóa khi tan trong nước, cung cấp ion hữu cơ mang điện tích dương và chúng là nguyên nhân chính tạo nên hoạt tính bề mặt. Có thể được ký hiệu như sau:

Với đặc tính dễ sử dụng trên bề mặt cốt liệu, khả năng tạo nhũ cao, bám dính tốt. Do đó hiện nay các chất nhũ hóa cation đang được tập trung nghiên cứu và có nhiều ứng dụng rộng rãi.

Công thức hóa học của chúng:

Tại sao phải giảm sức căng bề mặt trong quá trình điều chế nước rửa chén (ảnh 7)

Các chất hoạt động bề mặt cation thường gặp là:

– Các muối alkylamin: Các chất này thường được dùng nhiều nhất để làm mềm sợi vải

– Các muối amoni bậc 4 alkyl: Các phân tử này có khả năng diệt khuẩn rất cao, vì vậy mà một số được sử dụng làm chất sát trùng.

– Các muối amoni bậc 4 có cấu hình phức tạp: Trong nhóm này có thể kể đến các chất như setylpyridin bromua và setylpyridin clorua.

– Các amin oxit: Các chất này được dùng chủ yếu làm mỹ phẩm.

– Các dẫn xuất không có N.

4. Ảnh hưởng của môi trường nước đến sự tẩy rửa:

Môi trường nước cứng có chứa nhiều ion Ca2+ và Mg2+ làm kết tủa xà bông, giảm bọt. Do đó trong bột giặt có chứa các thành phần có tác dụng làm mềm nước. Ta có thể sử dụng các chất tạo phức như ortho phosphat, pyro phosphat, di phosphat, tri phosphat (tên gọi không chính xác là tripolyphosphat TPP), EDTA (etylen Diamin Tetra-acetat), NTA (Nitrilo Tri-acetic) … Nhưng do các chất tạo phức có chứa phospho sẽ cung cấp dinh dưỡng cho các thực vật sống trong nước nhất là tảo, làm cho chúng phát triển nhanh nên tiêu thụ nhiều O2 hòa tan trong nước vào ban đêm làm cá chết hàng loạt nên hạn chế dùng.

Sử dụng chất tạo môi trường kiềm và có tác dụng đệm để duy trì môi trường này. Các chất thường sử dụng như TPP, Na2CO3, NaHCO3, các silicat. Trước đây, người ta sử dụng TPP khá phổ biến nhưng hiện nay Zeolit (các silicat) đang từ từ thay thế các carboxylat cùng các loại polymer phân giải sinh học tăng tốc và các silicat mới đang đi vào thị trường.

Xem thêm bài viết thuộc chuyên mục: Học tập