Xà phòng và chất giặt rửa: thành phần, cơ chế giặt rửa, điều chế, nước cứng và bài tập có đáp án Hóa 12
Xà phòng là muối sodium hoặc potassium của acid béo, chất giặt rửa tổng hợp là muối alkyl sulfate hoặc alkylbenzene sulfonate. Cơ chế làm sạch của phân tử có đầu ưa nước và đuôi kị nước, điều chế xà phòng, ưu nhược điểm khi dùng trong nước cứng và bài tập có đáp án Hóa 12.
Xà phòng là gì?
Xà phòng là muối sodium hoặc potassium của các acid béo, thường là $\ce{C17H35COONa}$ (sodium stearate), $\ce{C15H31COONa}$ và $\ce{C17H33COONa}$. Chất giặt rửa tổng hợp là các muối của alkyl sulfate hoặc alkylbenzene sulfonate, có tác dụng làm sạch tương tự nhưng không bị mất tác dụng trong nước cứng.
Cơ chế giặt rửa
Phân tử xà phòng gồm hai phần: đầu ưa nước $-\ce{COO^- Na^+}$ (tan trong nước) và đuôi kị nước là gốc hydrocarbon dài (tan trong dầu mỡ). Khi giặt, đuôi kị nước cắm vào vết dầu mỡ, đầu ưa nước hướng ra ngoài nước, tạo các hạt nhũ tương nhỏ bị cuốn trôi khi xả nước.
Ví dụ 1
Vì sao xà phòng làm sạch được vết dầu mỡ mà nước không làm được?
Xà phòng có đuôi kị nước hòa tan vào dầu mỡ, còn đầu ưa nước kéo các hạt dầu phân tán vào nước thành nhũ tương.
Điều chế xà phòng
- Đun chất béo với dung dịch kiềm: $\ce{(RCOO)3C3H5 + 3NaOH -> 3RCOONa + C3H5(OH)3}$, sau đó muối ra để tách xà phòng.
- Oxi hóa paraffin bằng oxygen tạo acid béo rồi trung hòa bằng $\ce{NaOH}$.
Ví dụ 2
Xà phòng hóa $1$ tấn chất béo chứa $89\%$ tristearin ($M = 890$). Tính khối lượng xà phòng $72\%$ sodium stearate thu được (hiệu suất $100\%$).
$m_{\text{tristearin}} = 890$ kg ($1$ kmol) cho $3$ kmol $\ce{C17H35COONa}$ ($M = 306$) tức $918$ kg. Xà phòng $72\%$ có khối lượng $918 : 0{,}72 \approx 1275$ kg.
Xem bài: Phản ứng thủy phân ester và xà phòng hóa
Xà phòng và nước cứng
Trong nước cứng (chứa $\ce{Ca^{2+}}$, $\ce{Mg^{2+}}$), xà phòng tạo kết tủa muối calcium, magnesium của acid béo khó tan, làm giảm khả năng tạo bọt và bám lên vải:
$$\ce{2C17H35COO- + Ca^{2+} -> (C17H35COO)2Ca v}$$
Chất giặt rửa tổng hợp (ví dụ sodium dodecylbenzenesulfonate) tạo muối Ca, Mg tan nên giặt tốt cả trong nước cứng; tuy nhiên một số loại khó phân hủy sinh học nên có thể gây ô nhiễm nước. Cần dùng chất giặt rửa dễ phân hủy sinh học.
Những lỗi thường gặp
Bài tập thực hành
- Xà phòng là gì? Cho một công thức.
- Giải thích cơ chế giặt rửa của xà phòng.
- Vì sao xà phòng giặt kém trong nước cứng?
- Xà phòng hóa $89$ g tristearin bằng $\ce{NaOH}$ dư. Tính khối lượng $\ce{C17H35COONa}$.
- Nêu một ưu điểm của chất giặt rửa tổng hợp.
Đáp án
- Muối sodium hoặc potassium của acid béo, ví dụ $\ce{C17H35COONa}$.
- Đuôi kị nước hòa tan vào dầu mỡ, đầu ưa nước hướng ra ngoài nước, tạo nhũ tương bị cuốn trôi.
- Xà phòng kết tủa với $\ce{Ca^{2+}}$, $\ce{Mg^{2+}}$ thành muối không tan, mất tác dụng.
- $n = 0{,}1$ mol nên $m = 0{,}3 \cdot 306 = 91{,}8$ g.
- Giặt tốt trong nước cứng vì muối Ca, Mg của chúng tan.
Tổng kết
Bài học liên quan
Xem tất cả bài học chủ điểm Ester và lipid
Câu hỏi thường gặp
Xà phòng là gì?
Là muối sodium hoặc potassium của acid béo.
Xà phòng điều chế thế nào?
Xà phòng hóa chất béo bằng kiềm hoặc từ paraffin.
Chất giặt rửa tổng hợp là gì?
Muối alkyl sulfate hoặc alkylbenzene sulfonate dùng thay xà phòng.
Vì sao nước cứng làm giảm tác dụng của xà phòng?
Do tạo kết tủa muối calcium, magnesium của acid béo.