Почему мыла моют

Почему мыла моют

Мылообразные поверхностно-активные ве­щества образуют в воде коллоидные растворы: при определенной концентрации несколько де­сятков молекул или ионов мыла объединяются в агрегаты — мицеллы (рис. 2).

Мицеллы имеют шарообразную форму с гидрофильной оболоч­кой из полярных групп и гидрофобным яд­ром из углеводородных цепей. С ростом кон­центрации мицеллы становятся пластинчатыми — прослойки из углеводородных цепей покры­ты с обеих сторон полярными группами. Такие пластинчатые мицеллы становятся зародышами кристалликов мыла. Пластинчатые мицеллы сцепляются углеводородными цепями крайних молекул в пространственные сетки-каркасы, и раствор, как говорят, структурируется —при­обретает свойства упругого твердого тела, напоминающего желе и называемого гелем.

Поверхности, покрытые такими мицеллярными адсорбционными слоями в растворах мыл, всегда хорошо смачиваются водой. Этому по­могает сильно пониженное поверхностное натяжение воды на границе с воздухом. Именно поэтому одно и то же вещество может в очень малой концентрации делать твердую поверх­ность гидрофобной, в большой концентрации давать прямо противоположный результат — обеспечивать смачивание водой любую гидро­фобную поверхность (рис. 3).

Но мыла не только смачиватели; они и сильные стабилизаторы, обеспечивающие устой­чивость жидких пленок (вспомним знакомые всем мыльные пузыри) — пен, а также всех дисперсных систем — эмульсий и сус­пензий. В эмульсиях мелкие капельки одной жидкости, не смешиваясь, распределяют­ся в другой жидкости. Под действием поверх­ностной энергии они при соприкосновении стре­мятся слиться друг с другом. Подобно этому сцепляются в агрегаты и частицы твердого тела, образующие суспензию в жидкой среде. Стабилизатор же создает на поверхности капелек эмульсии или частиц суспензии гелеобразный (структурированный) адсорбционный слой, который препятствует сближению и взаимодей­ствию частиц.

Нальем в стеклянный сосуд (бутылку) воду и, встряхивая, будем понемногу добавлять туда керосин или бензин. Капельки бензина тотчас же начнут сливаться в крупные капли, и смесь разделится на два жидких слоя. Теперь повторим опыт, добавив к воде 1—5% мыла. При встряхивании образуется молочно-белая устойчивая эмульсия, в которой отдельные капельки, не превышающие сотых долей мил­лиметра, защищены от слияния адсорбцион­ными оболочками мыла.

Водный раствор мыла занимает двадцатую часть сосуда, но его хватает на эмульгирование в двадцать раз большего объема бензина. Весь бензин разобьется на мельчайшие капельки, плотно прижатые друг к другу, но устойчиво разделенные тонкими прослойками мыльного раствора. Такие концентрированные эмульсии очень вязки, они напоминают сметану. Кстати, и сметана, и сливки, и молоко — это эмульсии жира в воде, стабилизованные белковым веще­ством — альбумином.

Попробуем разрезать кончиком стеклянной палочки слой ртути толщиной 2—3 мм, покрывающий дно плоской чашечки или блюдца под водой (рис. 4).

Такой разрез сделать нельзя: он тотчас же «залечивает­ся» — смыкается под действием поверхност­ного натяжения на границе ртуть — вода. Одна­ко, если к воде добавить один процент сапони­на — экстракта из мыльного корня, разрез ста­билизируется структурированными адсорбцион­ными слоями. Они примут форму, соответству­ющую минимуму свободной энергии, которую можно рассчитать математически. Разрез должен кончаться у краев слоя ртути или замы­каться на себя, образуя кружок — кольцо. В одной точке могут пересекаться только три разреза, образуя равные углы в 120°.

Время жизни таких разрезов возрастает по мере насыщения адсорбционного слоя и харак­теризует стабилизирующую способность данного поверхностно-активного вещества.

Так почему же мыло моет, почему оно легко отмывает с любой поверхности грязь — сажу, масло, нефть? Именно потому, что оно обладает смачивающей и стабилизирую­щей способностью. Мыло переводит всю грязь в воду в виде тонко дисперсных сус­пензий и эмульсий.

Обычное мыло — натриевые соли жирных кислот — без труда справляется с грязью в мягкой воде, в которой нет солей кальция и магния. В жесткой же воде мыло осаждается в виде нерастворимых кальциевых и магниевых мыл, раствор теряет свою моющую способность. Однако химики создали синтетические мылообразные (моющие) вещества, пригодные для любой воды, даже для морской; особенно хо­роши не ионные мыла, совершенно устойчивые к действию солей.

Моющие средства и смачиватели использу­ются и в быту, и в промышленности, и в сель­ском хозяйстве. Смачиватели применяют в изго­товлении фото кинопленки, когда прозрачную полимерную ленту надо равномерно полить светочувствительным составом высокодисперс­ной взвесью бромистого серебра на водном раст­воре желатины. Смачиватель, добавленный в ванну, где окрашивают волокно и ткань, уско­ряет процесс и делает окрашивание равномер­ным. Полное смачивание — необходимое усло­вие для взаимодействия жидкости с твердым телом, для проникновения жидкости в тонкие поры. Поэтому-то все ядохимикаты и герби­циды, применяемые в сельском хозяйстве, содержат поверхностно-активные вещества.

Лучше всего действуют такие средства в виде тонко дисперсных эмульсий или суспензий. Поверхностно-активные вещества в них служат и смачивателями и стабилизаторами действую­щего яда. Порошок ДДТ, например, не сма­чивается водой, и из него нельзя приготовить раствор для опрыскивания. Но тот же порошок с добавкой смачивателя равномерно распреде­ляется в воде, образуя в ней устойчивую сус­пензию, прочно прилипающую к поверхности листвы и вредителей.

Смачиватели несут самую разнообразную службу. Например, чтобы избавить шахтеров от вредной пыли, в шахтах распыляют воду с добавкой смачивателя. Пыль улавливается та­кой водой, и воздух становится чище.