Giải SBT Hóa 12 CTST Bài 2: Xà phòng và chất giặt rửa có đáp án

Khi rửa tay sát khuẩn, alcohol có thể tiện sử dụng hơn. Tuy nhiên, xà phòng cũng như alcohol đều có khả năng diệt khuẩn do có thể hoà tan lớp vỏ lipid của vi khuẩn. Do đó, xà phòng cũng có công dụng rửa tay sát khuẩn, chưa kể còn giúp tiết kiệm chi phí.

a) Cả hai chất giặt rửa đều là muối sodium với đuôi dài kị nước và đầu ưa nước tích điện âm, trong đó một muối là sulfate và muối còn lại là sulfonate.

Tuy nhiên, phân tử muối sulfate có đuôi kị nước không phân nhánh, còn phân tử muối sulfonate đuôi kị nước có mạch phân nhánh.

b) Trước đây, phân tử chất giặt rửa tổng hợp có đuôi kị nước phân nhánh như chất đã nêu ở trên được sử dụng một cách phổ biến. Tuy nhiên vì chúng khó bị phân huỷ sinh học nên đã gây ra nhiều bọt ở sông, bờ biển, hồ và hệ thống nước thải cũng như gây ô nhiễm nguồn cung cấp nước uống. Các chất giặt rửa tổng hợp có mạch không phân nhánh phân huỷ sinh học dễ dàng hơn nhiều, vì vậy chúng đã thay thế phần lớn các chất giặt rửa tổng hợp có mạch phân nhánh.

Ví dụ hiện nay sodium laurylsulfate ${\text{CH}}_3{\left[{\text{CH}}_2\right]}_{11}{\text{OSO}}_3\text{Na}$ được sử dụng phổ biến trong dầu gội đầu, sữa tắm, kem đánh răng, sữa rửa mặt, ...

sodium stearate 

a) Chất giặt rửa anion là chất giặt rửa mà phân tử có đuôi dài kị nước gắn với một đầu anion ưa nước như sodium 4-dodecylbenzenesulfonate \({\left[ {{\rm{C}}{{\rm{H}}_3}{{\left( {{\rm{C}}{{\rm{H}}_2}} \right)}_{11}}{{\rm{C}}_6}{{\rm{H}}_4}{\rm{S}}{{\rm{O}}_3}} \right]^ - }{\rm{N}}{{\rm{a}}^ + }\)hay sodium laurylsulfate \({\left[ {{\rm{C}}{{\rm{H}}_3}{{\left( {{\rm{C}}{{\rm{H}}_2}} \right)}_{11}}{\rm{OS}}{{\rm{O}}_3}} \right]^ - }{\rm{N}}{{\rm{a}}^ + }, \ldots \)

Gọi là chất giặt rửa anion để phân biệt với chất giặt rửa cation. Chất giặt rửa cation là chất giặt rửa mà phân tử có đuôi dài kị nước gắn với một đầu cation ưa nước như dodecylamine hydrochloride \({\left[ {{\rm{C}}{{\rm{H}}_3}{{\left( {{\rm{C}}{{\rm{H}}_2}} \right)}_{11}}{\rm{N}}{{\rm{H}}_3}} \right]^ + }{\rm{C}}{{\rm{l}}^ - }\).

b) Chất giặt rửa anion được phát minh vào những năm 1930. Xà phòng và chất giặt rửa anion hoạt động theo cùng một cách để làm sạch và loại bỏ các vết bẩn. Tuy nhiên so với nhóm sulfonate trong chất giặt rửa anion, nhóm carboxylate trong xà phòng rất dễ tạo kết tủa với các cation có trong nước máy như Ca²⁺ và Mg²⁺. Khi điều này xảy ra, xà phòng hoạt động không hiệu quả do tạo kết tủa "váng xà phòng" làm hầu hết người tiêu dùng ngộ nhận rằng xà phòng có hiệu quả "gột sạch" các vết bẩn hơn là dầu gội đầu, sữa tắm, ...

Ta có: \({{\rm{n}}_{{\rm{NaOH}}}} = \frac{{1680{\rm{\;kg}}}}{{40{\rm{\;g}}/{\rm{mol}}}} = 42\) (kmol).

\( \Rightarrow {n_{{\rm{glycerol\;}}}} = \frac{{42}}{3} = 14\left( {{\rm{kmol}}} \right){\rm{.\;}}\)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

m_muối = m_{chất béo} + m_NaOH – m_glycerol = 10 000 + 1 680 – 14.92 = 10 392 kg.

Nhưng khối lượng muối sodium carboxylate chiếm 65% khối lượng xà phòng nên thực tế khối lượng xà phòng thu được là:

\({\rm{m}} = \frac{{10392 \times 100}}{{65}} \approx 15988\,\,\left( {{\rm{\;kg}}} \right).\)

Ta có: n_{KOH đã dùng} = 1 mol và \({n_{{\rm{glycerol\;}}}} = \frac{{29,44}}{{92}} = 0,32\) mol.

Điều này chứng tỏ chất béo A đã cho gồm các triglyceride có lẫn một phần acid béo.

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m_A + m_KOH = m_muối + m_glycerol + m_nước

Þ m_muối = (m_A + m_KOH) – (m_glycerol + m_nước)

= (300 + 1.56) – [92.0,32 + 18.(1 – 3.0,32)] = 325,84 gam.

Do khối lượng muối sodium carboxylate chiếm 70% khối lượng xà phòng nên thực tế khối lượng xà phòng thu được là:

m_{xà phòng} = \(\frac{{325,84}}{{70}}.100 = 465,49\,gam\)

Trong 2 ngày đầu tiên, khối lượng bánh xà phòng giảm nhanh nhất, căn cứ trên biểu đồ là khoảng 5 gam. Trong những chu kì 2 ngày tiếp theo, khối lượng bánh xà phòng tiếp tục giảm nhưng không giảm nhanh như 2 ngày đầu tiên, mức độ giảm chậm dần. Ở 4 ngày cuối, khối lượng bánh xà phòng hầu như không đổi, ổn định ở mức 90 gam.

Từ dữ kiện đã cho, tính ra kể từ sau điều chế 14 ngày, khối lượng bánh xà phòng hầu như ổn định. Độ hao hụt khối lượng là \(\frac{{100 - 90}}{{100}} = 10{\rm{\% }}\).

Nước nóng có sức căng bề mặt giảm hơn so với nước lạnh, do đó nước nóng giúp nước dễ làm ướt và bám dính vào các vật mà nó tiếp xúc. Nhờ đó, nước nóng dễ lan ra một diện tích rộng và thấm sâu vào các sợi vải trong quá trình giặt, giúp quần áo được giặt sạch hơn.

Ngoài ra, nước nóng có khả năng phân huỷ hoặc làm bay hơi các phân tử màu nên quần áo giặt bằng nước nóng sẽ sạch hơn so với giặt bằng nước lạnh.

Khi rửa tay bằng xà phòng hoặc chất giặt rửa tổng hợp, màng chất béo bao bọc tế bào virus hoặc vi khuẩn sẽ bị hoà tan bởi xà phòng hoặc chất giặt rửa tổng hợp, lộ ra các thành phần quan trọng bên trong tế bào làm cho vi khuẩn, virus nhanh chóng bị bất hoạt.

Các mẫu thí nghiệm được tiến hành ở 3 nhiệt độ khác nhau, với mục đích xác định độ hoạt động tối ưu của protease ở các nhiệt độ khảo sát. Trên biểu đồ, tốc độ phân huỷ chất bẩn đạt mức cao nhất là 12,5 μmol/ phút ở 40^oC nên độ hoạt động của protease trong thí nghiệm là tối ưu ở nhiệt độ trên.

Khi sử dụng xà phòng chung với giấm ăn, xà phòng sẽ mất khả năng giặt rửa do xảy ra phản ứng tạo thành acid béo khó tan trong nước.

Ví dụ khi sử dụng xà phòng sodium stearate chung với giấm ăn sẽ xảy ra phản ứng tạo thành stearic acid khó tan, làm xà phòng mất tính giặt rửa:

          \({{\rm{C}}_{17}}{{\rm{H}}_{35}}{\rm{COONa}} + {\rm{C}}{{\rm{H}}_3}{\rm{COOH}} \to {\rm{C}}{{\rm{H}}_3}{\rm{COONa}} + {{\rm{C}}_{17}}{{\rm{H}}_{35}}{\rm{COOH}}\)

Dung dịch NaCl bão hoà có tác dụng làm xà phòng kết tủa triệt để. Do dung dịch NaCl bão hoà có khối lượng riêng 1,20 g/cm³ lớn hơn so với xà phòng (1,01 – 1,10 g/cm³) nên xà phòng tạo thành nổi lên trên.

Chú ý khối lượng riêng của dung dịch NaCl tỉ lệ thuận với nồng độ dung dịch nên dung dịch NaCl bão hoà có khối lượng riêng lớn, giúp xà phòng dễ nổi trong dung dịch hơn so với dung dịch NaCl chưa bão hoà.

Xà phòng làm giảm sức căng bề mặt của nước, nhờ đó bong bóng nước xà phòng bền và không vỡ. Chính vì vậy, chỉ có thể thổi bong bóng với nước xà phòng mà không thể thổi bong bóng với nước sạch.

a) Lòng đỏ trứng đóng vai trò chất tạo nhũ trong quá trình chế biến.

b) Chất nhũ hoá ở đây là lòng đỏ trứng, hoạt động bằng cách làm giảm sức căng bề mặt giữa các phân tử dầu và nước, cho phép chúng trộn lẫn và tạo thành một hỗn hợp ổn định, đồng nhất, gọi là nhũ tương.

c) Lòng đỏ trứng được tạo thành từ nước, protein, chất béo và nhiều chất khác, bao gồm lecithin và cholesterol. Lecithin là một loại lipid được tìm thấy với nồng độ cao trong lòng đỏ trứng và là hợp chất mang lại đặc tính nhũ hoá cho lòng đỏ trứng.

Lecithin là một hợp chất có đuuôi kị nước và một đầu ưa nước, tức “vừa ưa dầu, vừa ưa nước" nên đã mang lại đặc tính nhũ hoá cho lòng đỏ trứng. Nhờ đó, lecithin trở thành một chất nhũ hoá trong chế biến thực phẩm.

Như vậy, chất được sử dụng thay thế lòng đỏ trứng ở trên phải có đặc điểm cấu tạo gồm một đầu ưa nước gắn với một đuôi dài kị nước, tương tự cấu trúc của xà phòng hoặc chất giặt rửa và được phép sử dụng trong chế biến thực phẩm.

d) Hợp chất đã cho có khả năng sử dụng làm chất nhũ hoá do có một đầu ưa nước gắn với một đuôi dài kị nước, tức có đặc tính "vừa ưa dầu, vừa ưa nước".