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

Xà phòng là muối sodium hoặc potassium của acid béo và một số chất phụ gia.

Vậy các chất có thể là thành phần chính của xà phòng là:

${\rm{C}}{{\rm{H}}_3}{\left[ {{\rm{C}}{{\rm{H}}_2}} \right]_7}{\rm{CH}} = {\rm{CH}}{\left[ {{\rm{C}}{{\rm{H}}_2}} \right]_7}{\rm{COONa}}$, ${\rm{C}}{{\rm{H}}_3}{\left[ {{\rm{C}}{{\rm{H}}_2}} \right]_{14}}{\rm{COOK}}$, ${\rm{C}}{{\rm{H}}_3}{\left[ {{\rm{C}}{{\rm{H}}_2}} \right]_{10}}{\rm{COOK}}$.

Đáp án đúng là: C

Xà phòng mất tính giặt rửa khi sử dụng với nước cứng.

Phát biểu A sai vì: Xà phòng có thành phần chính là muối sodium hoặc potassium của acid béo.

Phát biểu B sai vì: Các phân tử xà phòng đều có đầu ưa nước gắn với đuôi dài kị nước.

Phát biểu D sai vì: Xà phòng dễ phân huỷ nên thân thiện với môi trường.

Đáp án đúng là: B

Vật phẩm tiêu dùng: dầu gội đầu, nước bồ kết có thành phần chất giặt rửa tự nhiên và tổng hợp.

Đáp án đúng là: C

Nước bồ kết thuộc nhóm chất giặt rửa tự nhiên, không phải chất giặt rửa tổng hợp, cũng không phải là xà phòng.

Đáp án đúng là: B

Phát biểu (a) sai vì xà phòng không phải là chất giặt rửa tự nhiên.

Phát biểu (b) đúng vì xà phòng có thể được sản xuất từ nguồn alkane mạch dài có trong dầu mỏ.

Phát biểu (c) sai. Nước Javel và baking soda không có tính chất giặt rửa như xà phòng.

Phát biểu (d) đúng. Sodium laurylsulfate là chất giặt rửa tổng hợp.

Chất giặt rửa tổng hợp không phải là xà phòng vì chúng không phải là muối sodium hoặc potassium của các acid béo.

Tuy nhiên, chất giặt rửa tổng hợp cũng có cấu tạo gồm một đầu ưa nước gắn với một đuôi kị nước như xà phòng. Tương tự như xà phòng, chất giặt rửa tổng hợp cũng dùng để tắm gội, giặt giũ, ... dưới dạng dầu gội, sữa tắm, ... Chính vì vậy, chất giặt rửa tổng hợp "không phải xà phòng nhưng thường được gọi là xà phòng".

Khi cho xà phòng hoặc chất giặt rửa vào nước, đầu ưa nước sẽ bị hút vào các phân tử nước. Các phân tử xà phòng hoặc chất giặt rửa này tích tụ trên bề mặt nước với phần đầu ở trong nước và phần đuôi thẳng lên trong không khí, phá vỡ liên kết hydrogen giữa các phân tử nước, làm giảm sức căng bề mặt của nước, giúp nước dễ làm ướt các vật dụng và bám dính vào các vật mà nó tiếp xúc dễ hơn. Nhờ đó, nước dễ lan ra một diện tích rộng hơn và thấm sâu vào các sợi vải trong quá trình giặt.

Xà phòng diệt khuẩn là xà phòng được thêm một số chất kháng khuẩn khác, phổ biến là triclosan. Theo Cơ quan Quản lí Thực phẩm và Dược phẩm Mỹ (FDA), hiện tại vẫn không có đủ bằng chứng khoa học để chứng minh xà phòng diệt khuẩn có khả năng ngăn ngữa bệnh tật tốt hơn so với xà phòng thông thường.

Ngoài ra, việc sử dụng rộng rãi xà phòng diệt khuẩn trong một thời gian dài có khả năng ảnh hưởng tiêu cực đến sức khoẻ của người sử dụng, do xảy ra khả năng kháng thuốc của các loại vi khuẩn, chưa kể còn tiêu diệt một số loài vi khuẩn có ích cho da. Vì thế, không nên lạm dụng việc sử dụng xà phòng diệt khuẩn trong rửa tay sát khuẩn.

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 ${\text{CH}}_{3}{[{\text{CH}}_{2}]}_{11}{\text{OSO}}_{3}\text{Na}$ được sử dụng phổ biến trong dầu gội đầu, sữa tắm, kem đánh răng, sữa rửa mặt, ...

a)

sodium stearate

sodium 4-dodecylbenzenesulfonate

b) Cả hai chất đều là muối sodium với đuôi dài kị nước và đầu ưa nước tích điện âm. Tuy nhiên, sodium stearate là muối carboxylate, trong khi sodium 4-dodecylbenzenesulfonate là muối sulfonate.

Nguyên tắc làm sạch của chúng đều giống nhau: đuôi dài kị nước nhưng ưa dầu thâm nhập vào vết bẩn dầu mỡ và nhờ các đầu ưa nước kéo các vết bẩn này vào nước.

c) Trong nước cứng, sodium stearate mất tác dụng giặt rửa do tạo muối khó tan là calcium stearate hoặc magnesium stearate, còn sodium 4-dodecylbenzenesulfonate không mất tác dụng giặt rửa do không tạo muối khó tan với ${\text{Ca}}^{2+},{\text{Mg}}^{2+}$ .

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 Ca$^{2+}$ và Mg$^{2+}$. 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 $\frac{{100 - 90}}{{100}} = 10{\rm{\% }}$.

Những ngày đầu, khối lượng xà phòng giảm nhanh hơn so với những ngày sau là do trong phương pháp làm lạnh, phản ứng xà phòng hoá vẫn đang diễn ra trong quá trình bảo quản bánh xà phòng và điều này thể hiện trong báo cáo kết quả thực hành của nhóm. Do phản ứng xà phòng hoá là phản ứng toả nhiệt, lượng nước những ngày đầu bốc hơi nhanh hơn những ngày sau đó. Khi phản ứng xà phòng hoá đã xảy ra xong, khối lượng bánh xà phòng cơ bản thay đổi không đáng kể.

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 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/cm$^{3}$ lớn hơn so với xà phòng (1,01 – 1,10 g/cm$^{3}$) 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.

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".