Страница 166 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Знакомство с моющими средствами

1. В стакане с водой растворите выданное вам моющее средство, стараясь не допускать вспенивания.

2. Разделите раствор на четыре равные части. К 1-й из них добавьте лакмус или фенолфталеин, ко 2-й — раствор хлорида кальция, к 3-й прилейте 3 %-й раствор соляной кислоты, а 4-ю энергично перемешайте до образования пены. Отметьте происходящие изменения и объясните их.

3. Проделайте те же самые операции с другими моющими средствами.

4. Результаты оформите в виде таблицы.

Сделайте вывод, какими из средств можно пользоваться в жёсткой воде, какие пригодны для машинной стирки (в этом случае образование обильной пены недопустимо).

Поскольку задача представляет собой описание лабораторной работы, ниже приведены теоретически ожидаемые результаты для двух типичных моющих средств: хозяйственного мыла и современного синтетического моющего средства (СМС) для автоматических стиральных машин.

Сделайте вывод, какими из средств можно пользоваться в жёсткой воде, какие пригодны для машинной стирки (в этом случае образование обильной пены недопустимо).

На основании проведённых опытов можно сделать следующие выводы:

1. Для использования в жёсткой воде (содержащей ионы $Ca^{2+}$) пригодны синтетические моющие средства. В отличие от мыла, они не образуют нерастворимых осадков и сохраняют свою моющую способность. Хозяйственное мыло в жёсткой воде неэффективно.

2. Для машинной стирки в стиральных машинах-автоматах следует использовать средства с низким пенообразованием, то есть СМС с пометкой «автомат». Обильная пена, которую создаёт хозяйственное мыло, может нарушить работу датчиков и привести к поломке машины.

Ответ: В жёсткой воде следует пользоваться синтетическими моющими средствами. Для машинной стирки пригодны синтетические моющие средства с низким пенообразованием (для машин-автоматов).

Отношение синтетических волокон к растворам кислот и щелочей

1. В отдельные пробирки с 1 мл 20%-го раствора серной кислоты поместите полоски капрона, лавсана, полипропилена, а также образцы хлопчатобумажной, шерстяной и ацетатной тканей. Опустите пробирки на 10 мин в стакан с кипящей водой, затем выньте полоски и промойте их водой. Изучите, как изменился цвет каждого образца и его прочность.

2. Проделайте ту же самую процедуру, взяв вместо кислоты раствор гидроксида натрия. Сделайте выводы об устойчивости волокон к кислотам и щелочам.

1. При помещении образцов волокон в 20%-й раствор серной кислоты ($H_2SO_4$) и нагревании на водяной бане в течение 10 минут произойдут следующие изменения, обусловленные кислотным гидролизом полимеров, из которых состоят волокна:
– Капрон (полиамидное волокно): подвергается кислотному гидролизу по амидным связям. Цепи полимера разрушаются, волокно теряет прочность и разрушается.
– Лавсан (полиэфирное волокно): более устойчив к кислотам, чем капрон. Однако при длительном нагревании в концентрированной кислоте происходит гидролиз сложноэфирных связей, что приводит к некоторой потере прочности. Внешний вид может почти не измениться.
– Полипропилен (полиолефиновое волокно): состоит из углеводородных цепей, которые не содержат функциональных групп, способных гидролизоваться. Поэтому полипропилен очень устойчив к действию кислот, его цвет и прочность не изменятся.
– Хлопчатобумажная ткань (целлюлоза): целлюлоза является полисахаридом. Под действием горячей серной кислоты происходит гидролиз гликозидных связей, полимерная цепь разрушается до мономеров (глюкозы). Ткань полностью теряет прочность и разрушается.
– Шерстяная ткань (белковое волокно): белок кератин, как и капрон, является полиамидом. Он легко гидролизуется по пептидным (амидным) связям в кислой среде, особенно при нагревании. Волокно полностью разрушается.
– Ацетатная ткань (ацетилцеллюлоза): это сложноэфирное производное целлюлозы. В кислой среде при нагревании происходит гидролиз как сложноэфирных групп, так и гликозидных связей основной цепи. Волокно быстро теряет прочность и разрушается.

Ответ: В результате воздействия горячего 20%-го раствора серной кислоты хлопчатобумажная, шерстяная, ацетатная ткани и капрон разрушатся или полностью потеряют прочность. Лавсан окажется относительно устойчивым, но может частично потерять прочность. Полипропилен не изменит своих свойств.

2. При замене серной кислоты на раствор гидроксида натрия ($NaOH$) и повторении процедуры наблюдаются следующие изменения, связанные со щелочным гидролизом (омылением):
– Капрон (полиамидное волокно): подвергается щелочному гидролизу, хотя и медленнее, чем кислотному. При нагревании амидные связи рвутся, волокно теряет прочность и разрушается.
– Лавсан (полиэфирное волокно): очень неустойчив к действию щелочей. Происходит необратимый щелочной гидролиз (омыление) сложноэфирных связей. Волокно быстро и полностью разрушается.
– Полипропилен (полиолефиновое волокно): как и в случае с кислотой, полипропилен абсолютно устойчив к действию щелочей, так как не имеет гидролизующихся групп. Свойства не изменяются.
– Хлопчатобумажная ткань (целлюлоза): достаточно устойчива к действию растворов щелочей. Однако горячий и концентрированный раствор $NaOH$ вызывает набухание и некоторую потерю прочности. Внешне ткань может уплотниться, но не разрушится полностью, как в кислоте.
– Шерстяная ткань (белковое волокно): крайне неустойчива к щелочам. Щелочь гидролизует пептидные связи и, что важно, разрушает дисульфидные мостики в кератине, что приводит к быстрому растворению и полному разрушению волокна.
– Ацетатная ткань (ацетилцеллюлоза): происходит омыление ацетатных групп. Волокно превращается в гидратцеллюлозу (по составу схожую с исходной целлюлозой). При этом оно теряет блеск, усаживается и становится менее прочным.

Выводы об устойчивости волокон к кислотам и щелочам:

Различные волокна обладают разной устойчивостью к кислотам и щелочам, что определяется их химическим строением. Полипропиленовое волокно является наиболее химически стойким, так как не содержит групп, подверженных гидролизу, и устойчиво как к кислотам, так и к щелочам. Полиэфирное волокно (лавсан) устойчиво к кислотам, но легко разрушается щелочами. Полиамидные волокна (капрон, шерсть) неустойчивы как к кислотам, так и к щелочам, так как амидная (пептидная) связь гидролизуется в обеих средах; шерсть особенно быстро разрушается в щелочной среде. Целлюлозные волокна (хлопок) разрушаются кислотами, но относительно устойчивы к щелочам. Ацетатное волокно (сложный эфир целлюлозы) неустойчиво ни к кислотам, ни к щелочам.

Ответ: В результате воздействия горячего раствора гидроксида натрия лавсан, шерсть и капрон разрушатся. Ацетатная ткань изменит свои свойства (произойдет омыление) и потеряет прочность. Хлопчатобумажная ткань окажется наиболее устойчивой, хотя и может претерпеть некоторые изменения. Полипропилен не изменится. Наибольшей химической стойкостью обладает полипропилен. Лавсан кислотоустойчив, но не щелочестоек. Хлопок щелочеустойчив, но не кислотоустойчив. Капрон, шерсть и ацетатное волокно неустойчивы к обоим реагентам.