Номер 2, страница 397 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 79. Бытовая химия. Глава 8. Химия в повседневной жизни - номер 2, страница 397.

Условие.

2. Какие особенности строения имеют молекулы или ионы поверхностно-активных веществ? В чём заключается механизм их действия по удалению загрязнений?

Решение.

Решение 2.

1. Почему водный раствор мыла имеет щелочную реакцию среды?

Мыло, с химической точки зрения, представляет собой соль, образованную сильным основанием (например, гидроксидом натрия $NaOH$ или гидроксидом калия $KOH$) и слабой высшей карбоновой (жирной) кислотой (например, стеариновой $C_{17}H_{35}COOH$ или пальмитиновой $C_{15}H_{31}COOH$).

При растворении в воде мыло, как и любая соль, диссоциирует на ионы. Возьмем для примера стеарат натрия ($C_{17}H_{35}COONa$):
$C_{17}H_{35}COONa \leftrightarrow C_{17}H_{35}COO^{-} + Na^{+}$

Образовавшийся анион слабой стеариновой кислоты ($C_{17}H_{35}COO^{-}$) вступает в реакцию гидролиза с водой, так как он является сопряженным основанием для слабой кислоты и стремится присоединить протон от молекулы воды. Катион сильного основания ($Na^{+}$) гидролизу не подвергается, так как является ионом от сильного электролита.

Реакция гидролиза по аниону протекает следующим образом:
$C_{17}H_{35}COO^{-} + H_2O \rightleftharpoons C_{17}H_{35}COOH + OH^{-}$

В результате этой обратимой реакции в растворе накапливаются гидроксид-ионы ($OH^{-}$). Это приводит к созданию избыточной концентрации ионов $OH^{-}$ по сравнению с ионами гидроксония $H_3O^{+}$ (или протонами $H^{+}$), что и обуславливает щелочную реакцию среды. pH такого раствора становится больше 7.

Ответ: Водный раствор мыла имеет щелочную реакцию из-за гидролиза по аниону. Мыло — это соль слабой кислоты и сильного основания. При его растворении в воде анион слабой кислоты взаимодействует с водой, образуя избыток гидроксид-ионов ($OH^{-}$), что и обуславливает щелочную среду.

2. Какие особенности строения имеют молекулы или ионы поверхностно-активных веществ? В чём заключается механизм их действия по удалению загрязнений?

Молекулы или ионы поверхностно-активных веществ (ПАВ) имеют амфифильное (или дифильное) строение. Это означает, что в одной молекуле (или ионе) одновременно присутствуют две части с противоположными свойствами по отношению к воде:

Гидрофильная часть («головка») — это полярная группа, которая хорошо взаимодействует с молекулами воды и растворяется в ней. Эта часть может быть ионной (например, карбоксильная группа в мыле $-COO^{-}Na^{+}$, сульфогруппа $-SO_3^{-}Na^{+}$ в синтетических моющих средствах) или полярной неионогенной (например, полиоксиэтиленовая цепь).

Гидрофобная часть («хвост») — это неполярная часть молекулы, как правило, длинная углеводородная цепь (например, $C_{12}-C_{18}$), которая «боится» воды, нерастворима в ней, но хорошо растворяется в неполярных веществах, таких как жиры и масла (т.е. она липофильна).

Механизм действия ПАВ по удалению загрязнений (моющее действие) заключается в следующем:

Когда ПАВ попадает в воду с загрязнением (например, жировым пятном на ткани), его молекулы ориентируются на границе раздела фаз «вода-жир». Гидрофобные «хвосты» погружаются в каплю жира, а гидрофильные «головки» остаются в воде. Такое расположение молекул ПАВ снижает поверхностное натяжение на границе раздела, облегчая смачивание загрязнения водой и его отрыв от поверхности.

При механическом воздействии (например, при стирке) крупные капли жира дробятся на множество мелких капелек. Молекулы ПАВ немедленно окружают эти капельки, образуя сферические структуры — мицеллы. Внутри мицеллы находится жировая капля, а на ее поверхности располагаются гидрофобные хвосты ПАВ. Снаружи мицелла покрыта гидрофильными головками, которые обращены в воду.

Благодаря гидрофильной оболочке мицеллы легко удерживаются в воде, образуя устойчивую эмульсию («взвесь» жира в воде). Так как внешние слои мицелл часто несут одинаковый электрический заряд (например, отрицательный у мыла), они отталкиваются друг от друга, что мешает им сливаться обратно в крупные капли и оседать на ткань. В результате загрязнение в виде эмульсии легко удаляется с поверхности при полоскании.

Ответ: Молекулы ПАВ имеют амфифильное строение, состоящее из гидрофильной «головки» и гидрофобного «хвоста». Механизм их действия заключается в адсорбции на поверхности загрязнения, снижении поверхностного натяжения, эмульгировании загрязнения и образовании мицелл, которые переводят нерастворимые в воде вещества в состав устойчивой эмульсии и позволяют смыть их водой.