на тему
“Жири і мила”
Жири
Жири в природі. Фізичні властивості. Жири дуже поширені в природі. Разом з вуглеводнями й білками вони входять до складу всіх рослинних і тваринних організмів і становлять одну з основних частин нашої їжі.
Тваринні жири, як правило,— тверді речовини. Рослинні жири найчастіше бувають рідкими, їх називають ще оліями.
Усі жири легші за воду. У воді вони нерозчинні, але добре розчиняються в багатьох органічних розчинниках (у дихлоретані, бензині та ін.).
Будова жирів. Будову жирів було встановлено завдяки працям французьких хіміків Шевреля і Бертло. Нагріваючи жири з водою (в присутності лугу), Шеврель ще на початку XIX ст. установив, що, приєднуючи воду, вони розкладаються на гліцерин і карбонові кислоти — стеаринову, олеїнову та ін. Бертло (1854) здійснив зворотну реакцію. Він нагрівав суміш гліцерину з кислотами й добув речовини, аналогічні до жирів.
Очевидно, Шеврель здійснив реакцію гідролізу складного ефіру, а Бертло — реакцію етерифікації, тобто синтез складного ефіру. На основі цих даних легко прийти до висновку про будову жирів.
Жири — це складні ефіри трьохатомного спирту гліцерину і карбонових кислот.
Найчастіше такі ефіри утворюються не з однією якоюсь кислотою, а з різними кислотами, що можна виразити таким рівнянням:
Здебільшого жири утворені вищими насиченими і ненасиченими карбоновими кислотами, головним чином пальмітиновою С15Н31—СООН, стеариновою С17Н35—СООН, олеїновою С17Н33—СООН, лінолевою С17Н31—СООН та деякими іншими. Меншою мірою в утворенні жирів беруть участь нижчі кислоти, наприклад масляна С3Н7—СООН (у вершковому маслі), капронова С5Н11—СООН та ін.
Цікаво, що природні жири утворені, як правило, кислотами, які мають парне число атомів вуглецю в молекулі й нерозгалужений вуглеводневий ланцюг.
Жири (яловичий, овечий), утворені переважно насиченими кислотами, тверді. З підвищенням вмісту ненасичених кислот температура плавлення жирів (свиняче сало, вершкове масло) знижується, вони стають більш легкоплавкими.
Рідкі жири (соняшникова та інші олії) утворюються головним чином ненасиченими кислотами.
Хімічні властивості. Хімічні властивості жирів визначаються належністю їх до класу складних ефірів. Тому найхарактерніша для них реакція — гідроліз. Реакція гідролізу жирів, як і інших складних ефірів, оборотна. Виразимо це таким спрощеним хімічним рівнянням:
Які умови, на вашу думку, можуть сприяти зміщенню рівноваги в бік утворення гліцерину й карбонової кислоти?
З гідролізом пов'язане перетворення жирів їжі в організмі. Під впливом ферментів підшлункового й кишкового соку вони спочатку розщеплюються в тонких кишках на гліцерин і кислоти. Ворсинки кишечника всмоктують ці продукти гідролізу. У процесі обміну речовин у клітинах жири знову гідролізуються, а потім поступово окислюються до оксиду вуглецю (IV) і води. Ці екзотермічні реакції окислення дають організмові енергію, необхідну для життєдіяльності.
Гідроліз жирів у техніці. Реакцією гідролізу в техніці добувають з жирів гліцерин, карбонові кислоти, мило.
Гліцерин і кислоти добувають, нагріваючи жир з водою в автоклавах.
Для виготовлення мила кислоти нагрівають з розчином соди (складіть рівняння реакції, що відбувається при цьому). Щоб виділити мило, яке утворюється в результаті реакції, до розчину добавляють хлориду натрію, при цьому мило спливає у вигляді щільного шару — ядра.
З цієї маси виготовляють так зване ядрове мило — звичайні сорти господарського мила.
Для виготовлення туалетного мила ядрове мило висушують, змішують з барвниками і запашними речовинами, піддають пластичній обробці й штампують у шматки потрібної форми. Є також способи безпосереднього добування туалетного мила з кислот.
Гідрування жирів. Для виробництва мила та інших речовин потрібні переважно тверді жири. Але вони є дуже цінним харчовим продуктом. Тому давно виникла думка перетворювати дешевші рослинні олії в тверді жири, які потім можна було б піддавати тій чи іншій технічній переробці.
Згадаємо, що рідкі жири відрізняються від твердих тільки не-насиченістю свого складу — наявністю подвійних зв'язків у вуглеводневих радикалах. Отже, як рідкі ненасичені кислоти можна перетворити в тверді приєднанням до них водню, так само й рідкі жири можна перетворити в тверді.
Суть способу полягає в тому, що крізь нагріту суміш олії з тонко подрібненим каталізатором (нікелевим або мідно-нікелевим) пропускають водень під тиском. Водень приєднується в місці подвійних зв'язків у вуглеводневих радикалах, і олія перетворюється в твердий жир, наприклад:
У промисловості процес гідрування здійснюють у ряді послідовно з'єднаних автоклавів безперервним методом. Проходячи через систему автоклавів, жир дедалі більше гідрується, внаслідок чого набуває вигляду маси, схожої за своєю консистенцією на сало. Тому гідровану олію називають ще саломасом. Від каталізатора саломас відокремлюють фільтруванням.
Гідрований жир — повноцінний продукт для виготовлення мила, а при використанні певних сортів олій — і для харчових потреб, наприклад для виготовлення маргарину.
Синтетичні миючі речовини. Виробництво мила потребує великої витрати жирів. Але жири — дуже цінний продукт харчування. Щоб зберегти їх для народного споживання, мило слід добувати з нехарчової сировини. Органічна хімія створює такі можливості.
Згадаємо, що до складу мила входять солі карбонових кислот. Тепер такі кислоти добувають у промисловості окисленням вуглеводнів, які входять до складу парафіну. Процес проводять в апаратах колонного типу, продуваючи крізь розплавлену суміш вуглеводнів повітря при температурі близько 120 °С у присутності сполук марганцю як каталізатора. При цьому молекули вуглеводнів розриваються і кінцеві групи, що утворюються, окислюються в карбоксильні, наприклад:
Внаслідок цього утворюється суміш різних кислот та інших кисневмісних органічних сполук; цю суміш розділяють. Нейтралізацією кислот добувають солі, з яких (у суміші з наповнювачами) виробляють туалетне і господарське мило.
Мило, яке добувають із синтетичних кислот, за своєю хімічною природою аналогічне до звичайного мила: воно має і його недоліки, наприклад, погано миє в твердій воді. Тому тепер усе ширше розвивається виробництво миючих засобів іншого типу.
Одним з видів синтетичних миючих засобів є сіль кислих складних ефірів вищих спиртів і сірчаної кислоти. Схему добування її в загальному вигляді можна зобразити так:
За будовою такі солі подібні до солей, що входять до складу звичайного мила: вони також складаються з нерозчинного у воді довгого вуглеводневого ланцюга і розчинної функціональної групи атомів. Тому вони, як і мило, поверхнево-активні й мають добру миючу дію. На відміну від звичайного мила таю речовини не втрачають миючих властивостей у твердій воді, бо їх , кальцієві й магнієві солі, що утворюються при цьому, розчинні; отже, поверхнево-активна речовина залишається у воді, а не випадає в осад.
Синтетичні миючі речовини входять до складу таких добре відомих пральних порошків, як «Астра», «Лотос», «Ера» тощо.
Виробництво синтетичних миючих засобів — один з напрямів сучасної промисловості органічної хімії, які особливо швидко розвиваються.
Миючі засоби в процесі їх використання не руйнуються; потрапляючи із стічними водами у водойми, вони можуть забруднювати навколишнє середовище. Тому, створюючи нові препарати, прагнуть забезпечити не тільки високі миючі властивості, а й здатність до наступного знищення їх у природі деякими видами мікроорганізмів у процесі життєдіяльності.
Мила та інші мийні засоби
Мила — це солі вищих карбонових кислот. Звичайні мила складаються переважно із суміші солей пальмітинової, стеаринової і олеїнової кислот. Натрієві солі утворюють тверді мила, калійні солі — рідкі мила.
Мила добувають гідролізом жирів за наявності лугів:
Звідси реакція, зворотна етерифікації, дістала назву реакції омилення.
Омилення жирів може відбуватися і за наявності сульфатної кислоти (кислотне омилення). При цьому добувають гліцерин і вищі карбонові кислоти. Останні обробкою лугом або содою перетворюють на мила.
Вихідною сировиною для добування мила є олії (соняшникова, бавовняна тощо), тваринні жири, а також гідроксид натрію або кальцинована сода. Олії спочатку піддають гідрогенізації, тобто переробляють їх на тверді жири. Застосовуються також замінники жирів — синтетичні карбонові жирні кислоти з великою молекулярною масою.
Виробництво мила потребує великої кількості сировини, тому постало завдання добувати мила з нехарчових продуктів. Необхідні для виробництва мила карбонові кислоти добувають окисненням парафіну. Нейтралізацією кислот, які містять від 10 до 16 вуглецевих атомів у молекулі, добувають туалетне мило, а з кислот, які містять від 17 до 21 атома вуглецю, — господарське мило і мило для технічних потреб. Як синтетичні мила, так і мила, добуті з жирів, погано миють у твердій воді Тому поряд з виробництвом мил із синтетичних кислот добувають мийні засоби з інших видів сировини, наприклад з алкілсульфатів — солей складних ефірів вищих спиртів і сульфатної кислоти. У загальному вигляді утворення таких солей можна зобразити рівняннями:
Ці солі містять у молекулі від 12 до 14 вуглецевих атомів і мають дуже добрі мийні властивості. Кальцієві і магнієві солі розчинні у воді, а тому такі мила миють і в твердій воді. Алкілсульфати містяться у багатьох пральних порошках.