Giải SGK Hoá học 12 Cánh Diều Bài 2. Xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp có đáp án

* Một số loại xà phòng đang được bán trên thị trường: xà phòng tắm Lifebuoy, xà phòng thảo dược Vegan, các loại xà phòng handmade (thủ công) …

* Xà phòng có thể làm sạch các vết bẩn bám trên quần áo vì: Muối của acid béo (có trong xà phòng) được cấu tạo gồm một phần ưa nước và một phần kị nước. Khi cho xà phòng vào nước, tạo thành dung dịch xà phòng có sức căng bề mặt nhỏ, giúp xà phòng ngấm vào các sợi vải.

+ Phần kị nước quay về phía vết dầu, mỡ và thâm nhập vào vết dầu, mỡ.

+ Phần ưa nước có xu hướng quay ra ngoài và thâm nhập vào nước.

Kết quả là vết dầu, mỡ bị phân chia thành các hạt rất nhỏ phân tán vào nước. Nhờ đó, chúng bị rửa trôi khỏi bề mặt của vật cần giặt rửa.

* Điều chế xà phòng:

- Cách 1: Đun chất béo (mỡ động vật, dầu thực vật) với dung dịch kiềm đặc ở nhiệt độ cao.

Sau phản ứng, hỗn hợp muối của các acid béo được tách ra bằng cách cho dung dịch muối ăn bão hòa vào hỗn hợp sản phẩm. Các muối của acid béo nổi lên, được lấy ra sau đó được trộn với các phụ gia để làm xà phòng. Phần dung dịch còn lại đem tách và thu hồi glycerol.

- Cách 2: Được sản xuất từ các alkane mạch dài lấy từ công nghiệp chế biến dầu mỏ theo sơ đồ sau:

- Tác dụng của xà phòng: tẩy rửa các vết bẩn, vết dầu mỡ, diệt khuẩn.

- Thành phần hóa học của xà phòng:

+ Xà phòng là hỗn hợp các muối sodium (Na) hoặc potassium (K) của acid béo và một số chất phụ gia.

+ Các acid béo thường là acid no như palmitic acid, stearic acid.

+ Chất phụ gia được dùng thường là chất độn làm tăng độ cứng để dễ đúc thành bánh, chất tạo màu và chất tạo hương.

+ Ngoài ra có thể có thêm chất dưỡng da, chất diệt khuẩn, …

Vai trò của phần ưa nước và phần kị nước trong phân tử muối của acid béo trong cơ chế giặt rửa của xà phòng là:

- Phần kị nước quay về phía vết dầu, mỡ và thâm nhập vào vết dầu, mỡ.

- Phần ưa nước có xu hướng quay ra ngoài và thâm nhập vào nước.

Kết quả là vết dầu, mỡ bị phân chia thành các hạt rất nhỏ phân tán vào nước.

Sodium acetate (CH₃COONa) không có tác dụng giặt rửa như xà phòng. Vì CH₃- không phải là phần kị nước.

Phần kị nước là các gốc hydrocarbon mạch dài, như C₁₇H₃₅-, C₁₅H₃₁-, …

Cách 1:

- Thêm NaCl (Na⁺) vào hỗn hợp sản phẩm, cân bằng phản ứng sẽ đảo ngược để giảm thiểu Na⁺ theo nguyên lý Le Chatelier.

- Tại thời điểm này, khối lượng riêng của glycerol tăng lên và khối lượng riêng của xà phòng giảm xuống. Xà phòng sau đó nổi lên trên cao và glycerol đọng lại ở phía dưới.

- Glycerol được thu hồi từ đáy bể. Phản ứng thu hồi glycerol dựa trên sự phân tách bằng sự khác biệt về mật độ.

Cách 2:

- Hỗn hợp được truyền qua một cột và được rửa với dung dịch NaCl chảy ngược dòng.

- Xà phòng không thể hòa tan trong nước muối và tách ra ngoài.

- Xà phòng rửa sạch sau đó được xử lý tiếp với các dung dịch NaCl và ly tâm để cho xà phòng ở nồng độ yêu cầu.

- Dung dịch glycerol được cô đặc và tinh chế bằng cách chưng cất hơi nước.

- Khi điều chế lượng nhỏ xà phòng trong phòng thí nghiệm ta sử dụng bát sứ vì phản ứng này xảy ra ở nhiệt độ cao. Bát sứ có thể chịu được nhiệt độ cao, ít bị ăn mòn, hư hỏng.

- Việc dùng bát nhôm hoặc xoong nhôm để làm thí nghiệm này là không phù hợp. Vì nhôm có thể xảy ra phản ứng với dung dịch NaOH làm bát nhôm hoặc xoong nhôm bị thủng.

2Al + 2NaOH + 2H₂O ⟶ 2NaAlO₂ + 3H₂

- Hiện tượng: Kết thúc thí nghiệm có lớp chất rắn màu trắng, nhẹ nổi lên trên mặt dung dịch.

- Giải thích: Đó là muối Na của acid béo, thành phần chính của xà phòng.

+ Phản ứng xà phòng hóa:

(RCOO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3RCOONa + C₃H₅(OH)₃

+ Sản phẩm thu được là chất lỏng đồng nhất.

+ Nguyên nhân khiến xà phòng tách ra là do NaCl có tỉ trọng lớn hơn nên sẽ đẩy xà phòng lên trên, muối Na của các acid béo khó tan trong NaCl bão hòa nên sẽ kết tinh, còn glycerol không kết tinh nên sẽ bị tách ra khỏi đó.

Chất giặt rửa tổng hợp (1):

- Phần ưa nước: -OSO₃^-Na⁺

- Phần kị nước: CH₃[CH₂]₁₀CH₂-

Chất giặt rửa tổng hợp (2):

- Phần ưa nước: -SO₃^-Na⁺

- Phần kị nước: CH₃[CH₂]₁₁C₆H₅-

Quan điểm của em: Việc sử dụng nguồn nguyên liệu dầu mỏ để sản xuất chất giặt rửa tổng hợp có thể gây ô nhiễm môi trường (vì có gốc hydrocarbon phân nhánh hoặc chứa vòng benzene rất khó bị vi sinh vật phân hủy), cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên, ảnh hưởng đến sự phát triển bền vững của môi trường.