اخبار روز شیمی

 

فصل اول

محصولات خشک شویی و صابون ها:

 

موادی که نقش مهمی در پاکسازی ایفا می کنند باید مواردی چون آلودگی و روغن را از مواد مختلف پاک سازند. به علت آب دوست نبودن روغن، تلاش جهت پاکسازی آن از سطوح به وسیله آب موفقیت آمیز نیست.

 صابون ها و پودرهای لباسشویی معمولی که در خانه های مصرف کنندگان امروزی یافته می شود،   می توان به چهار گروه : بهداشت فردی، لباسشویی، ظرفشویی، و مواد پاک سازی خانه تقسیم کرد.

 در تمامی انواع پاک کننده ها، آلودگی به یک فاز مجزای مایع یا جامد تغییر شکل می دهد و سپس از شیء آلوده زدوده می شود. موادی که برای بهداشت فردی استفاده می شود، به بهداشت شخص کمک کرده، وجود میکروارگانیسمهای بیماریزا را کاهش می دهد و کاربرد آن عمر لباس و سطوح اشیاء و تجهیزات خانگی را افزایش می دهد و به این مناسبت محیط ما را بواسطه ی زدایش آلودگی از سطوح طبیعی و مصنوعی مختلف، مطلوب می سازد.

 برای آشنایی با فرآیند فیزیکی دخیل در پاکسازی، شناخت شیمی صابون و پودر رختشویی مفید خواهد بود.

یکی از مایعات بسیار متداول کاربردی در پاکسازی، آب است. آب خصوصیتی تحت عنوان «کشش سطحی» دارد. سطح کلی هر مولکول آب بر روی تمامی مولکول های اطراف آن که به طور کروی انتشار یافته اند، در تمامی واکنشها شرکت می کنند. بنابراین در روی سطح که مولکول های آب تنها با مولکول های آب زیر خود محصور می شوند، کشش تنها به سمت پایین وجود دارد و به علت جذب قوی مولکول های سطح آب و مولکول های پایین آنها انسجام سطحی تحت عنوان کشش سطحی ایجاد        می شود. این خاصیت باعث کم شدن رطوبت سطح شده و از فرایند پاکسازی جلوگیری می کند. برای انجام موفق عمل پاکسازی، کشش سطحی باید کاهش یابد و این موجب می شود که آب بتواند سطح مرطوب و اشباع را گسترش دهد. به هنگام افزودن پاک کننده ها به آب ، زنجیره های هیدروکربن در بالاترین سطح لایه قرار می گیرند و با یکدیگر بواسطه نیروهای واندروالسی کشش سطحی ایجاد       می کنند. توجه داشته باشید که پیوندهای هیدروژنی در این امر دخیل نیستند و این کشش سطحی تنها 30 درصد کشش سطحی مولکول های آب است. بطور کلی، حضور سورفاکتانت ها ( عوامل فعال سطحی) ، کشش سطحی آب را به طور قابل توجهی کاهش می دهد. این عوامل برای رها سازی، امولسیونی کردن و نگه داشتن آلودگی در تعلیق تا زمانیکه بتواند شسته و زدوده شود، بکار می رود. تا زمانیکه این عوامل فعال سطحی وجود نداشته باشند آب و روغن جدا نمی شود. بنابراین، سورفکتانت ها ممکن است به عنوان  امولسیون عمل کنند. این بدان معناست که اگر چه روغن با آب ترکیب نمی شود، اما صابون می تواند روغن و لکه چربی را به نحوی معلق سازد که بتواند زدوده شود. بنابراین، نیروی پاک کنندگی بیشتر این عوامل  ناشی از افزایش توان آب در مرطوب سازی سطح آب گریز، نفوذ آزادانه تر به درون فیبرها و زدایش چرک می باشد. به همین دلیل به سورفکتانت ها، عوامل مرطوب کننده می گویند زیرا آنها به آب کمک  می کنند که سطوح را واقعاً مرطوب سازد. بیشتر سورفکتانت ها یک محیط قلیایی در طی فرایند تمیز کردن ایجاد می کنند و در زدایش آلودگی های اسیدی مفید هستند. سورفکتانت ها با خصوصیات یونی خود در آب طبقه بندی می شوند. مولکول های سورفکتانت از نظر شکل ظاهری، مانند بچه قورباغه نابالغ هستند، زیرا آنها دنباله تقریباً طولانی اسید چرب (آب گریز) و یک سر کوچک (آبدوست) اغلب دارای بار الکتریکی دارند. دنباله های طولانی هیدروکربن در مواد آبگریز از قبیل روغن قابل حل بوده و سرهای آب دوست آنها، شامل گروه های کربوکسیل یا سولفات در آب قابل حل  می باشند. آب یک ماده قطبی است و تمایل به جذب مواد قطبی دیگر از قبیل نمک طعام دارد. زمانیکه نمک به آب افزوده می شود، یون های حاصل از نمک به وسیله مولکول های آب جذب شده و توسط آنها احاطه می گردند. این پدیده به عنوان حلّالیت شناخته می شود. اما روغن یک ماده غیر قطبی است و در دیگر مواد غیر قطبی حل می شود. نظر به اینکه مواد غیر قطبی نمی توانند با مولکول های آب پیوند هیدروژنی تشکیل دهند، در آب غیر محلول هستند. مبنای شیمی این پدیده، این است که روغن و آب مخلوط نمی شوند. سورفکتانت ها یک محیطی فراهم  می کنند که روغن می تواند در آب بطور ظاهری با ایجاد  پل ما بین سطحی آب ـ روغن حل شود.

چهار نوع سورفکتانت وجود دارد:

1)    آنیونی: که در آن بار منفی در ناحیه سر هیدروفیلیک (آب دوست ) تمرکز  می یابد.

2)     غیر یونی : که بار خاصی ندارد.

3)    کاتیونی: که در آن ناحیه سر آب دوست بار مثبت دارد.

4)دو خصلتی (آمفوتریک): که بار مثبت و بار منفی را با هم در مولکول دارد. سورفکتانت های آمفوتریک یا به صورت آنیون و یا کاتیون، وابسته به pH محلولی که در آن به کار می روند، عمل    می کنند. بیشتر محصولات پاک کننده شامل دو یا چند نوع از سورفکتانت ها جهت بهینه سازی کاربرد مورد نظرشان می باشند. پودرهای رخت شویی نمونه های عالی از این مواد هستند. کلمه دترجنت از واژه Detergere لاتین منشأ می گیرد که به معنای پا ک کردن یا تمیز کردن می باشد. پاک کننده های امروزی شامل صابون ها و پاک کننده های سنتزی (ترکیبی ) هستند.

این مولکول های میسل گروهی تقریباً حاوی چهل تا صد مولکول می باشند، سرهای آب دوست مولکول های پاک کننده ، سطح کره ها را تشکیل می دهند و دنباله های آب گریز به طرف داخل جهت گیری می کنند و یک گروه از زنجیره های هیدروکربنی آبگریز را که از مولکول های آب اطراف محافظت     شده اند، تشکیل می دهند. بنابراین مولکول های پاک کننده در آب به خوبی پخش شده و به صورت کلوئید دیده می شوند، اما واقعا حل نشده اند. درون میسل غیر قطبی است و بنابراین تمایل به  جمع آوری مولکول های چرک روغن دارند. روغن و آلودگی در آب، در بخش دنباله آب گریز مرکز میسل حل شده و به قطرات ریز، خرد و تکه شده  و درون محلول مائی پخش می شوند.

همانطور که سطح آب با مولکول های سورفکتانت پاک کننده اشباع شده و پاک کننده اضافی افزوده می شود، مولکول های اضافی پاک کننده روی سطح ازدحام می کنند. وقتی غلظت مولکولهای پاک کننده در آب به یک حد معین که «غلظت بحرانی میسلی» نامیده می شود برسد، مولکولهای اضافی پاک کننده در یک فرایند پوششی دم های آبگریز خود از مولکول های آب، به درون میسل ها ی درون بدنه و توده آب توسط خوشه ای شدن را آغاز می کنند. به طور کلی، عبارت میسل به کره ها یا گلبول های خیلی کوچک (زیر میکروسکوپی) از یک ماده ویژه که در سرتاسر ماده دیگر که معمولاً مایع است ، توزیع شده، اشاره دارد.

 میسل ها آزادانه در آب شناور می مانند، و با هر مولکول روغنی که مواجه می شوند، آنها را جمع آوری کرده و درون خود نگه می دارند. سپس در نتیجه جاذبه، آلودگی روغن به وسیله ی بر هم کنش سر آبدوست با مولکول های آب روی سطح کره میسل شسته می شوند. آلودگی های قطبی شامل نمک های حاصل از عرق و آلودگی های خاکی، براحتی در آب حل شده، به صورت یون هایی درمی آید و درون لایه های مولکول های آب حل می شود. صابون، پاک کننده های دیگر و بیشتر آلودگی ها، زیست تجزیه پذیر هستند. به عنوان مثال وقتی یک پاک کننده ، آلودگی ویا سوسپانسیون آبی، از طریق سیستم فاضلاب به محیط وارد می شود، می تواند به زیست توده یا دی اکسید کربن تبدیل شود و آب باقیمانده مربوط ، به محیط طبیعی بر گردد.