Лабораторный опыт, страница 142 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Лабораторный опыт. Сравнение свойств мыла и синтетических моющих средств

В три пробирки налейте по 4–5 мл воды, содержащей ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$. В первую пробирку при встряхивании добавьте по каплям раствор мыла, во вторую и третью – ранее приготовленные растворы синтетических моющих средств.

• На основании проведённых вами опытов сделайте вывод о преимуществах различных моющих средств.

На основании проведённых вами опытов сделайте вывод о преимуществах различных моющих средств.

Решение

В ходе лабораторного опыта сравнивается поведение мыла и синтетических моющих средств (СМС) в жёсткой воде, то есть в воде, содержащей значительное количество ионов кальция ($Ca^{2+}$) и магния ($Mg^{2+}$).

1. Пробирка с мылом:

Мыло является натриевой или калиевой солью высшей карбоновой кислоты (например, стеаратом натрия $C_{17}H_{35}COONa$). При добавлении мыльного раствора в жёсткую воду происходит реакция ионного обмена. Ионы натрия в молекуле мыла замещаются ионами кальция и магния из воды, образуя нерастворимые соли — стеарат кальция и стеарат магния. Эти вещества выпадают в виде белого хлопьевидного осадка, который часто называют "мыльным шлаком".

Уравнения реакций:

$2C_{17}H_{35}COONa_{(раствор)} + Ca^{2+}_{(раствор)} \rightarrow (C_{17}H_{35}COO)_2Ca_{(тв.)} \downarrow + 2Na^{+}_{(раствор)}$

$2C_{17}H_{35}COONa_{(раствор)} + Mg^{2+}_{(раствор)} \rightarrow (C_{17}H_{35}COO)_2Mg_{(тв.)} \downarrow + 2Na^{+}_{(раствор)}$

В результате этого процесса мыло теряет свою моющую способность, так как его активные частицы (анионы $C_{17}H_{35}COO^−$) связываются ионами жёсткости и выпадают в осадок. Пенообразование будет очень слабым или начнется только после того, как все ионы $Ca^{2+}$ и $Mg^{2+}$ будут удалены из раствора, что ведет к большому перерасходу мыла.

2. Пробирки с синтетическими моющими средствами (СМС):

Синтетические моющие средства — это, как правило, соли алкилсульфатов или алкилбензолсульфонатов (например, лаурилсульфат натрия $C_{12}H_{25}OSO_3Na$). Ключевое отличие СМС от мыла заключается в том, что их кальциевые и магниевые соли растворимы в воде. Поэтому при добавлении СМС в жёсткую воду осадок не образуется.

Пример реакции (где R - углеводородный радикал):

$2RSO_3Na_{(раствор)} + Ca^{2+}_{(раствор)} \rightarrow (RSO_3)_2Ca_{(раствор)} + 2Na^{+}_{(раствор)}$

Поскольку моющее вещество остается в растворе, оно сохраняет свою активность. В пробирках с СМС при встряхивании будет наблюдаться обильная и устойчивая пена, что свидетельствует о сохранении их моющих свойств в жёсткой воде.

Вывод:

Сравнивая результаты в пробирках, можно сделать следующие выводы о преимуществах моющих средств:

• Преимущество синтетических моющих средств: Основное преимущество СМС перед мылом — их эффективность в воде любой жёсткости. Они не реагируют с ионами кальция и магния с образованием осадка, благодаря чему экономно расходуются и не оставляют налёта на отмываемых поверхностях.
• Преимущество мыла: Мыло, в свою очередь, производится из натурального сырья (растительных и животных жиров) и является полностью биоразлагаемым продуктом, что делает его более экологически безопасным по сравнению со многими СМС. Однако его главный недостаток — потеря моющей способности в жёсткой воде.

Ответ: Основное преимущество синтетических моющих средств заключается в их способности эффективно действовать в жёсткой воде, в отличие от мыла, которое в таких условиях образует нерастворимый осадок и теряет свои моющие свойства. Это делает СМС более универсальными и экономичными. Преимуществом мыла является его натуральное происхождение и высокая биоразлагаемость.