ppt - ChidS

Waschmittel
Wie man eine weiße Weste bekommt
Gliederung
1.
Geschichte der Wäschepflege
Versuch 1
2.
Inhaltsstoffe moderner Waschmitteln
2.1 Tenside
Demonstration 1, Versuch 2
2.2 Gerüststoffe
Versuche 3, 4, 5
2.3 Bleichmittel
Versuch 6
2.4 Optische Aufheller
Demonstration 2
3.
Waschmittel in der Schule
1. Geschichte der Wäschepflege
Tontafel der Sumerer, um etwa 2500
v. Chr., Telo (Mesopotamien):
„Um mit Wasser rein zu waschen,
um mit Pottasche zu säubern...
vermischt er das reine Öl mit
Pottasche“
ca. 600 v. Chr., Ägypten: Seife wird aus
tierischen Fetten oder pflanzlichen Ölen mit
Trona
(vermutete
Zusammensetzung:
Na2CO3 . NaHCO3 . H2O) vermischt und
gekocht
Plinius der Ältere (23 79 n. Chr.) „Historia
naturalis“:
„Gallier und Germanen
benutzen Seife aus
Ziegentalg und weiß
gebrannter Asche als
Haarpomade.“
8 Jhd.:
Blütezeit der Seifenherstellung in Italien,
Spanien und Frankreich
18. Jhd.:
Seifensiederhandwerk
weicht einer gezielt
industriellen Seifenerzeugung
1878: „Henkels Bleichsoda“
mit
Natriumcarbonat
und
Natriumsilicat als Einweichund Enthärtungsmittel
1907: PERSIL, ein Gemisch
aus Perborat, Seifenflocken,
Soda und Natriumsilicat, als
erstes Vollwaschmittel
1834: Entdeckung des ersten
„synthetischen“ Tensids, des
„sulfooleinsauren Kalis“
1932: Feinwaschmittel „Fewa“
als erste synthetische waschaktive Substanz
Versuch 1:
Vergleich von Seife und
synthetischen Tensiden
1. pH-Wert
R-CH2-COO –(aq) + H2O
R-CH2-COOH(aq) + OH-(aq)
„Seifenanion“
R-CH2-OSO3-(aq) + H2O
Fettalkoholsulfation
R-CH2-OSO3H(aq) + OH-(aq)
2. Reaktion bei Zugabe von Säure
R-CH2-COO-(aq) + H3O+(aq)
R-CH2-COOH(s) + H2O
„Seifenanion“
Fettsäure
R-CH2-OSO3-(aq) + H3O+(aq)
R-CH2-OSO3H(aq) + H2O
Fettalkoholsulfation
Schwefelsäurehalbester
3. Reaktion mit „hartem“ Wasser
2 R-CH2-COO-(aq) + Ca2+(aq)
„Seifenanion“
2 R-CH2-OSO3-(aq) + Ca2+(aq)
Fettalkoholsulfation
Ca(R-CH2-COO)2(s)
Kalkseife
Ca(R-CH2-OSO3)2(aq)
2. Inhaltsstoffe moderner Waschmittel
unter 5%
5 – 15 %
Nichtionische Tenside, Seife,
Polycarboxylate, Phosphonate
Anionische Tenside, Beichmittel
auf Sauerstoffbasis
15 – 30 %
Zeolithe (SASIL)
außerdem
Enzyme, Soda, Optische
Aufheller, Parfümöle
2.1 Tenside
Tenside (lat. tensio = Spannung) sind Substanzen
mit
amphiphilem
Molekülaufbau,
die
die
Grenzflächenspannung
an
Phasengrenzen
herabzusetzen vermögen.
Wassertropfen
Waschmitteltropfen
Das Tensidmolekül
COOhydrophob
hydrophil
Tensidklassen (1)
• kationische Tenside
z. B. Dodecyltrimethylammoniumchlorid
(R = C12H25)
CH3
+
R N CH3
Cl-
CH3
• anionische Tenside
z.B. Fettalkoholsulfat
(FAS) (R = C11 – C15)
R-CH2-OSO3-
Na+
Tensidklassen (2)
• amphotere Tenside
CH3
z.B. Alkylbetain
+
N
R
CH2 COOCH3
• nichtionische Tenside
z.B. Fettalkoholpolyglykolether
(R = C9 – C19; n = 3 – 15)
R-O-(CH2-CH2-O-)nH
Versuch 2:
Identifizierung der
Tensidart mittels DC
• Anionisches Tensid:
Vollwaschmittel
• Kationisches Tensid:
Weichspüler
• Nichtionisches Tensid:
Zuckertensid
• Indikatoren:
Methylorange
Methylenblau
O
O
S
O
N
CH3
N
N
N
CH3
CH3
N
CH3
S
+
N
CH3
CH3
Auswertung:
• kationisches Tensid/ Methylorange
gelber Fleck
• anionisches Tensid/ Methylenblau
blauer Fleck
• nichtionisches Tensid
grünlicher Fleck
WS
VW
ZT
2.2 Gerüststoffe
Versuch 3:
Wirkungsweise von
Gerüststoffen
[Fe(H2O)6]3+(aq) + 4 SCN-(aq)
[Fe (SCN)4 (H2O)2]-(aq)
[Fe(H2O)2(SCN)4]-(aq) + 2 H2O
Waschmittellösung
Entfärbung
Pentanatriumtriphosphat
- der älteste Gerüststoff
O
-O
P
O
Versuch 4:
O
O
P
O
-
O
O
P
O-
3+ +2 Na+
Fe
5 Na
O
Phosphatnachweis
12 (NH4)6Mo7O24(aq) + 7 H3PO4(aq) + 51 HNO3(aq)
7 (NH4)3[P(Mo12O40)](s) + 51 NH4NO3 + 36 H2O
Das Phosphat-Problem
• von 1960 – 1984 war PNT wichtigster Gerüststoff
• Vorteile:
- komplexe Bindung mehrwertiger Metallionen
- Wirkungssteigerung der Tenside
- alkalische Abpufferung der Waschlauge
- toxikologisch unbedenklich
• aber: Eutrophierung der Gewässer!
Das Phosphat-Substitut: SASIL
(sodium-aluminium-silicate)
O
O
O
Si
O
O
O
Al
O
-
Al
O
O
-
O
Si
O
O
Formale Zusammensetzung:
x Na2O . y Al2O3 . 2 SiO2
α - Käfig
Wirkungsweise von SASIL
O
O
Si
O
O
Al
O
-
O
+
Na+
O
O
+
Na
O
-
Al
O
O
Si
O
O
O
Ca2+
- Na+
Na+
Si
O
O
- Al
O
O
O
-
Al
O
Ca2+ O
O
Si
O
O
Versuch 5:
Titrimetrische Gehaltsbestimmung von SASIL
1. Säureaufschluss
Na12[Al12Si12O48] + 48 H3O+
12 Na+ + 12 Al3+ + 12 SiO2 + 72 H2O
2. Komplexierung von Al3+
Al3+ + [H2X]2- + 2 H2O
[Al- - -X]- + 2 H3O+
3. Rücktitration mit Zn2+
Zn2+ + [H2X]2- + 2 H2O
[Zn- - -X]2- + 2 H3O+
4. Endpunktbestimmung
Zn2+ + 2 H2Dz + 2 H2O
braun
[Zn(HDz)2] + 2 H3O+
rotviolett
5. Abfangen der Protonen
H3O+ + CH3COO-
H2O + CH3COOH
Dithizon (H2Dz)
Zink-EDTA-Komplex ([Zn- - -X]2-)
S
N
N
C6H5
N
N
C6H5
C
H
Zn2+
H
Zink-Dithizon-Komplex
([Zn(HDz)2])
S
2+
-N
-N
Zn
S
2.3 Bleichmittel –
„wäscht selbst Buntwäsche blütenweiß“
Versuch 6:
OH
O
O
B
OH
Nachweis der Bleichwirkung
OH
O
Δ
+ 2 H2O
B
O
2-
2 H2BO3- + 2 H2O2
OH
H2O2 + OH-
HOO- + H2O
HOO-
O + OH-
Der Rote-Beete-Farbstoff: Betanin
2.4 Optische Aufheller
UV-Strahlung
des
Tageslichts
weiß
Faser mit optischem Aufheller
3. Waschmittel in der Schule
„Ein übergeordnetes Erziehungsziel des Unterrichts
ist es, die Schülerinnen und Schüler zur Bewältigung
zukünftiger Lebenssituationen und zur Teilnahme an
demokratischen
Entscheidungsprozessen
zu
befähigen und damit zu mündigen Staatsbürgern zu
erziehen. ..................................
.....Dem Chemieunterricht fällt dabei die besondere
Aufgabe zu, die materiale Umwelt zu erschließen
sowie Verständnis und Kompetenz im Umgang mit
alltäglichen Stoffen zu vermitteln.“
Justus von Liebig (1803 – 1873):
„Die Seife ist ein Maßstab für den
Wohlstand und die Kultur der Staaten.
Es ist gewiss, dass man bei der
Vergleichung zweier Staaten bei gleicher
Einwohnerzahl denjenigen für den
reicheren,
wohlhabenderen
und
kultivierteren erklären kann, welcher am
meisten Seife verbraucht.“