درسنامه آموزشی شیمی (3) کلاس دوازدهم رشته ریاضی و تجربی
فصل 1: پاک کنندههای غیرصابونی و خورنده
در جستوجوی پاک کنندههای جدید
افزایش تقاضای جهانی برای صابون و کاربردهای آن از یک سو و کاهش عرضه این فراورده از سوی دیگر سبب شد تا شیمیدانها وارد عمل شوند. آنها در جستوجوی موادی بودند که قدرت پاک کنندگی زیادی داشته باشند و بتوان آنها را به میزان انبوه و با قیمت مناسب تولید کرد. با توجه به رابطه بین ساختار و رفتار یک ماده، شیمیدانها به دنبال تولید موادی بودند که ساختار آنها شبیه صابون باشد. آنها توانستند از بنزن و دیگر مواد اولیه در صنایع پتروشیمی، مواد پاک کنندهای با فرمول همگانی زیر تولید کنند. موادی که به پاک کنندههای غیرصابونی مشهورند.
خود را بیازمایید (صفحهٔ 11 کتاب درسی)
شکل زیر فرمول ساختاری و مدل فضا پرکن را برای نوعی پاک کننده غیرصابونی نشان میدهد. با توجه به آن به پرسشها پاسخ دهید.
آ) بخشهای آب دوست و آب گریز آن را مشخص کنید.
ب) شباهتها و تفاوتهای این ماده را با صابون بنویسید.
شباهت: این ماده نیز همانند صابون دارای دو بخش قطبی و ناقطبی است، بنابراین میتواند هم در آب و هم در چربی حل شود هر دو دارای زنجیر هیدروکربنی بلند هستند و هر دو دارای بخش آنیونی و کاتیونی هستند.
تفاوت: در بخش ناقطبی افزودن بر زنجیرهٔ هیدروکربنی دارای حلقهٔ بنزنی است و در بخش قطبی به جای $-CO{{O}^{-}}$ دارای گروه $- SO_{3}^{-}$ است.
صابونها در آب سخت کف نمیکنند ولی پاککنندههای غیرصابونی در آب سخت نیز کف میکنند و خاصیت پاککنندگی خود را حفظ میکنند.
$2R-CO{{O}^{-}}N{{a}^{+}}(aq)+M{{g}^{2+}}(aq)\to {{(R-COO)}_{2}}Mg(s)+2N{{a}^{+}}(aq)$
پ) توضیح دهید که چگونه این ماده لکههای چربی را هنگام شستوشو با آب از بین میبرد.
بخش ناقطبی این پاککننده، یعنی زنجیر هیدروکربنی بلند و حلقهٔ بنزنی به دلیل داشتن مولکولهای ناقطبی میتوانند چربیها را در خود حل کنند؛ زیرا چربی نیز دارای مولکول ناقطبی است. بخش قطبی این پاککننده که سولفات $(-SO_{3}^{-})$ نام دارد به دلیل برقراری جاذبه با مولکولهای قطبی آب باعث پخش شدن چربیها در سرتاسر آب میشود.
آیا میدانید
دانه برخی درختچهها و درختان کوچک جنگلی به دانههای صابونی معروفاند. این دانهها را میچینند و بعد از درآوردن هسته، در برابر آفتاب خشک میکنند. این میوههای خشک، صابون طبیعی به نام ساپونین دارند که بر اثر مخلوط شدن با آب کف ایجاد میکنند و پاک کننده چربیها و آلودگیها هستند.
پیوند با صنعت
صابون طبیعی معروف به صابون مراغه با بیش از 150 سال قدمت، معروفترین صابون سنتی ایران است. برای تهیه این صابون، پیه گوسفند و سود سوزآور را در دیگهای بزرگ با آب برای چندین ساعت میجوشانند و پس از قالبگیری آنها را در آفتاب خشک میکنند (شکل 4).
این صابون افزودنی شیمیایی ندارد و به دلیل خاصیت بازی مناسب برای موهای چرب استفاده میشود. امروزه صابونها و شویندههای دیگری تولید میشوند که افزون بر خاصیت پاک کنندگی، خواص ویژهای نیز دارند. برای نمونه صابون گوگرددار، برای از بین بردن جوش صورت و همچنین قارچهای پوستی استفاده میشود. همچنین به منظور افزایش خاصیت ضدعفونی کنندگی و میکروب کشی صابونها به آنها ماده شیمیایی کلر دار اضافه میکنند. از سوی دیگر برای افزایش قدرت پاک کنندگی مواد شوینده، به آنها نمکهای فسفات میافزایند، زیرا این نمکها با یونهای کلسیم و منیزیم موجود در آبهای سخت واکنش میدهند و از تشکیل رسوب و ایجاد لکه جلوگیری میکنند. باید توجه داشت که هر چه شویندهای مواد شیمیایی بیشتری داشته باشد، احتمال ایجاد عوارض جانبی آن بیشتر خواهد بود. به همین دلیل مصرف زیاد شویندهها و تنفس بخار آنها، عوارض پوستی و بیماریهای تنفسی ایجاد میکند. بنابراین برای حفظ سلامت بدن و محیط زیست، استفاده از شویندههای ملایم، طبیعی و مناسب توصیه میشود.
آیا میدانید
ترکیبهای آروماتیک کلردار مانند تریکلوسان خاصیت گندزدایی و میکروبکشی دارند. لازم به یاد آوری است که این ماده شیمیایی به تازگی به دلیل عوارض جانبی برای انسان از شویندهها حذف شده است.
پاک کنندههای خورنده
تاکنون با پاک کنندههایی آشنا شدید که بر اساس برهم کنش میان ذرهها عمل میکنند. اما پاک کنندههای دیگری هم وجود دارند که افزون بر این برهم کنشها، با آلایندهها واکنش میدهند. برای نمونه رسوب تشکیل شده بر روی دیواره کتری، لولهها، آب راهها و دیگهای بخار آن چنان به این سطحها میچسبند که با صابون و پاک کنندههای غیرصابونی زدوده نمیشوند. برای زدودن این رسوبها به پاک کنندههایی نیاز است که بتوانند با آنها واکنش شیمیایی بدهند و آنها را به فراوردههایی تبدیل کنند که با آب شسته شوند. موادی مانند هیدروکلریک اسید (جوهر نمک)، سدیم هیدروکسید و سفیدکنندهها از جمله این پاک کنندهها هستند. این پاک کنندهها از نظر شیمیایی فعال هستند و خاصیت خورندگی نیز دارند. به همین دلیل نباید با پوست تماس داشته باشند.
با هم بیندیشیم (صفحهٔ 12 کتاب درسی)
1- با توجه به تغییر رنگ کاغذ PH، در هر یک از شکلهای زیر مشخص کنید که هر پاک کننده چه خاصیتی دارد؟
2- نوعی پاک کننده که به شکل پودر عرضه میشود شامل مخلوط سدیم هیدروکسید و پودر آلومینیم است. این پاک کننده برای باز کردن مجاری مسدود شده در برخی وسایل و دستگاههای صنعتی استفاده میشود. با توجه به الگوی زیر به پرسشها پاسخ دهید.
آ) توضیح دهید چرا از این پودر برای باز کردن لولهها و مسیرهایی استفاده میشود که بر اثر ایجاد رسوب و تجمع چربیها بسته شدهاند؟
زیرا مخلوط بازی است و در واکنش با چربیها و روغنها موادی همانند صابون تولید میکنند. موادی که در آب حل شده خود پاککننده هستند.
ب) از آنجا که واکنش این مخلوط با آب گرماده است، توضیح دهید این ویژگی چه اثری بر قدرت پاک کنندگی آن دارد؟
گرمای آزاد شده در واکنش شیمیایی بین مخلوط آلومینیوم و سدیم هیدروکسید با آب سبب ذوب چربیهای جامد میشود. از طرفی افزایش دما، سرعت واکنش بین پاککنندهها و چربیها و کثیفیها را بالا میبرد. قدرت پاککنندگی شوینده بیشتر میشود.
پ) تولید گاز چگونه قدرت پاک کنندگی این مخلوط را افزایش میدهد؟ توضیح دهید.
علاوه بر تولید پاککنندهها و افزایش دما، تولید گاز با ایجاد فشار باز شدن مجاری را تسهیل میبخشد و سبب افزایش قدرت پاککنندگی این مخلوط میشود.
تا اینجا با برخی ویژگیها و رفتارهای مواد شوینده و ساختار برخی از آنها آشنا شدید. اکنون میپرسید که از نظر شیمیایی پاک کنندهها به کدام دسته از مواد تعلق دارند؟ چه واکنشهایی انجام میدهند؟ آیا خاصیت اسیدی و بازی همه آنها یکسان است؟ چرا این مواد سبب تغییر PH محیط میشوند؟ PH یک سامانه نشان دهنده چیست؟ این کمیت چگونه اندازه گیری و محاسبه میشود؟ PH شویندهها چه اثری روی بدن و محیط زیست دارد؟
برای یافتن پاسخ پرسشهایی از این دست، آشنایی و درک مفاهیمی مانند اسید، باز و قدرت اسیدی و بازی ضروری است.