Мыла. Их состав, строение и свойства

Цель урока: познакомить студентов с зависимостью свойств мыла от строения и состава.

Задачи урока.

Образовательные: изучение состава, строения мыла; прогнозирование моющих свойств мыла; экспериментальная проверка действия мыла на загрязнения.

Развивающие: развитие ассоциативного и логического мышления, понятийного аппарата, экспериментальных умений и навыков, мотивирующего начала в процессе познания; выявление причинно-следственных связей; формирование практико-ориентированного направления познавательной деятельности.

Воспитательные: воспитание научно-материалистического мировоззрения; культуры пользования химическими препаратами в быту.

Учебные задачи будут решены на основе следующих действий:

1. Организационный момент.

2. Основная часть урока:

• мотивация, введение в тему;
• практическая часть (постановка и разрешение проблемы; выявление причинно-следственных связей, умения прогнозировать, высказывать предположения, умозаключения);
• закрепление материала, тест “Незаконченные предложения”.

3. Рефлексивно-оценочный этап.

• химический эксперимент;
• самостоятельная исследовательская работа;
• постановка проблемы и ее решение;
• просмотр ЦОР, презентации;
• беседа, рассказ.

• реактивы: стаканы, стеклянные палочки, глина, сажа и растительное масло, холодная и теплая вода, мыло, полотенце;
• средства обучения: Ерохин Ю.М. Химия: Учеб. для сред. проф. учеб. заведений. – М.: Издательский центр “Академия”, 2004, презентация по теме, ЦОР “Открытая химия 2.6”, ТСО (документ – камера; интерактивная доска, ноутбук, мультимедийный проектор).

Конспект урока

2. Мотивация, введение в тему, постановка задачи на урок (слайд 1).

Преподаватель. Знакомясь со строением и свойствами жиров, мы узнали, что они служат основным продуктом для мыловарения.

Задачи урока – подробнее рассмотреть состав мыла, понять механизм его моющей способности и выявить зависимость свойств мыла от строения и состава.

3. Опережающее домашнее задание

Сообщение 1. “Из истории мыла”. (Слайды 2–4).

Сообщение 2. “Мыть или не мыть”. (Слайды 5–8).

Преподаватель. Как видите, необходимость ухода за кожей очевидна. С детства всем знаком сказочный герой К.И.Чуковского “Мойдодыр”, который учил своими советами поддерживать чистоту кожи и волос. Сегодня роль Мойдодыра выполняет химия. Она поможет вам решить поставленные в начале урока задачи и ответить на вопросы:

- действительно ли мыло обладает моющей способностью?

- почему мыло обладает моющей способностью? (Слайд 9)

4. Практическая часть (постановка и разрешение проблемы; выявление причинно – следственных связей, умения прогнозировать, высказывать предположения, умозаключения).

Опыт №1. Экспериментальная проверка моющего свойства мыла.

Чтобы проверить моющую способность мыла, два студента согласились на небольшой эксперимент (демонстрируется в записи, Приложение 4).

Ход выполнения демонстрационного ученического эксперимента-исследования:

- испачкаем один палец руки сухой глиной, другой – сухой сажей, третий – растительным маслом, четвертый - сажей, смешанной с растительным маслом.

- сполоснем всю руку холодной водой, смывается глина, сажа – частично, масло – не смывается, сажа в масле – не смывается.

- сполоснем руку горячей водой, результат тот же.

- вымоем руки с мылом, рука - абсолютно частая.

Вывод: мыло обладает моющей способностью.

Объяснение эксперимента (слайд 10).

Почему частицы глины смываются водой, а сажи – нет? В чем их разница? Конечно в строении. Частицы глины гидрофильны, т.е. они хорошо смачиваются водой, притягиваются ей и легко смываются с поверхности кожи. Частицы сажи, которая состоит из чистого углерода, гидрофобны, они не смачиваются водой, но они притягиваются к жировым выделениям на поверхности кожи и прочно ими удерживаются. В третьем и в четвертом случаях кожа покрыта масляной пленкой, она отталкивает воду, не дает частицам сбиваться в комки и смыть масло и сажу под ним невозможно простой водой. Приходим к выводу, что водой без мыла смываются только те загрязнения, частицы которых гидрофильны. Но ведь мыло смывает любые частицы. Значит, мыло переводит жировые гидрофобные вещества в раствор и смывает их с кожи, а при стирке – с тканей [5].

Результаты эксперимента студенты заносят в таблицу (слайд 11).

Преподаватель. А как мыло переводит жировые загрязнения в раствор? Вот мы и подошли к самой сути проблемы мытья и стирки (объяснение - по схеме и рисунку слайд 12-13).

Как у всех солей, у мыла полярные молекулы, но за счет своей сложной органики они очень длинные. Как все соли, в водном растворе молекула мыла дает положительный ион того же натрия или калия, что для нас, в общем-то, неинтересно. Гораздо интереснее ее отрицательный ион: за счет большой длины молекулы один его конец, где “сидит” заряд, является гидрофильным, а другой конец – нейтральным и, соответственно, гидрофобным. Вот так! Что называется, сразу два в одном флаконе: один конец молекулы действует независимо от другого, один чувствует себя “как дома” в воде, другой – в масле. Такое строение, называемое дифильным, позволяет мылу быть в буквальном смысле связующим звеном между несовместимыми субстанциями – водой и жиром.

Рисунок 1

Гидрофобная часть молекулы мыла проникает в гидрофобное загрязняющее вещество (жир), в результате чего поверхность каждой частицы или капельки загрязнения оказывается как бы окруженной оболочкой из гидрофильных групп. Гидрофильные группы взаимодействуют с полярными молекулами воды. Благодаря этому молекулы моющего средства вместе с загрязнением отрываются от поверхности ткани и уходят в водную среду. Моющая способность мыла усиливается благодаря тому, что при гидролизе мыла образуется щелочь, которая обладает эмульгирующим свойством (студенты составляют уравнение реакции). R–СОО–Nа + Н-ОН —> R–СООН+ NаОН

Если в воду поместить небольшое количество мыла, оно образует на ее поверхности тонкую пленку толщиной всего в одну молекулу, причем в этой пленке полярные (гидрофильные) концы молекул обращены к воде, а нейтральные (гиброфобные) направлены вверх, в воздух. Такой “нейтралитет” поверхности жидкости существенно сказывается на ее свойствах: снижается так называемый коэффициент поверхностного натяжения. Сила поверхностного натяжения чистой воды заставляет ее собираться в капельки, особенно на жирной, гидрофобной поверхности. Вода же с добавкой мыла растекается по поверхности, смачивает ее. В этом состоит важнейший вклад мыла в процесс стирки [4].

Рисунок 2

Капля чистой воды (a) почти не растекается по большинству поверхностей (b). Капля воды с добавкой мыла (с) хорошо смачивает поверхности (d).

Есть такая пародия на африканскую сказку: “Почему вода мокрая” (сказка речных спасаев) [6].

“Давным-давно, когда солнце в Африке было небольшим и холодным, вода была сухая, без вкуса, без цвета, без запаха. Ни звери, ни люди не замечали воду и не приходили к ней, чтобы напиться или утонуть... Тогда вода побежала к богу воды Тю-Тю и взмолилась, говоря: “О, мой бог Тю-Тю! …”. Ну, и так далее. В общем, на исходе восьмой луны бог не выдержал назойливых приставаний и в сердцах воскликнул: “Тьфу ты!” С тех пор вода влажная”.

…Шутки шутками, но получается, что вода с добавкой мыла – более мокрая, чем обычная вода: она хорошо смачивает волокна ткани, проникает в них, что способствует удалению загрязнений.

Рисунок 3

…А мыло, и подобные ему вещества, с тех пор называют сурфактантами, или поверхностно-активными веществами (ПАВ).

На рисунке 4 показан механизм работы ПАВов (слайд 13).

Напоминаю, что вода это H₂O (2 атома Водорода и один атом Кислорода) – “Чебурашка” - это молекула воды. Обратите внимание, что гидрофильные “головы” ПАВа несут на себе отрицательный заряд, и поэтому молекулы воды разворачиваются к ним атомами водорода.

Молекула ПАВа состоит из гидрофильной “головы” и гидрофобного “хвоста”. В растворенном состоянии молекула ПАВа представляет собой ион, причем электрический заряд сконцентрирован в ее “голове”. Именно это и обеспечивает гидрофильность: полярные молекулы воды сильно взаимодействуют с этой частью молекулы. В то же время “хвост” хотя и слабо взаимодействует с водой, может прилипать к мелким твердым частичкам грязи, погружаться в капельки жира и т. д. В результате молекулы ПАВа образуют как бы кокон, в который заворачивается нерастворимая в воде частица грязи. После этого взаимодействие облепленной детергентом частицы с водой усиливается, и она гораздо легче отделяется от очищаемой поверхности.

Опыт №2. Определение зависимости моющей способности мыла от жесткости воды (слайд 14).

Самостоятельная исследовательская работа: студенты работают в группах (инструкция и таблица 2).

5. За проведением лабораторного опыта следует поэтапное закрепление материала (слайд 15).

- в какой воде лучше всего растворяется мыло?

- какую воду лучше всего использовать для стирки, мытья волос, умывания?

- почему в жесткой воде мыло плохо растворяется?

- можно ли считать, что мыло является индикатором жесткости воды?

6. Закрепление материала. Тест “Незаконченные предложения” (слайд 16).

- объяснил суть процесса получения мыла …………………

- в состав мыла входят соли …………………

- радикал молекулы мыла …………, а функциональная группа – …………

- задача мыла – переводить в раствор ………………….

- вещество С₁₇Н₃₃СООNa – это – …………………

7. Подведение итогов урока (слайд 17–18).

8. Рефлексивно-оценочный этап (слайд 19).

- на уроке было над чем подумать.

- на все возникшие у меня в ходе урока вопросы я получил(а) ответы.

- на уроке я поработал(а) добросовестно и цели урока достиг(ла).

- я узнал(а) много нового.

- мне это пригодится в жизни.

Оценивание студентов, подготовивших компьютерные презентации, сообщения к уроку, наиболее активных студентов. Достигнуты ли цели урока? Еще раз кратко пройтись по конспекту, выделив основные моменты (если позволит время).

9. Д/з. Гл. 24 § 4 (слайд 20), кроссворд.

1. Интерактивный курс “Открытая химия 2.6.”, 2006.
2. Мультимедиа учебный курс “1С: Образовательная коллекция. Органическая химия”, 2003.
3. ... Мыловар. www.milo.orion-granit.ru. Статья: Химия мыла и моющих...
4. О мыле и о том, что происходит, когда оно встречается с водой
5. Программа курса для предпрофильной подготовки по химии "Химчистка...
6. Смешные Африканские народные сказки 2