Изготовление мыла в школьной лаборатории

Химия прочно вошла в нашу повседневную жизнь, делая её легче и проще. В повседневной жизни мы даже не задумываемся над тем, сколько полезного дала нам химия для комфорта: начиная от зубной пасты и заканчивая теми материалами, из которых построены наши дома.

К важнейшим гигиеническим средствам следует, прежде всего, отнести мыла. О мыле, продукте первой необходимости, который все используют ежедневно для личной гигиены, мало кто, что-то знает, кроме того, что оно мылится и пенится, служит для купания и может иметь разный цвет и запах.

Кроме использования мыла в качестве моющего средства оно широко применяется при отбеливании тканей, в производстве косметических средств, для изготовления полировочных составов водоэмульсионных красок. Мыло — жидкий или твёрдый продукт, содержащий поверхностно-активные вещества, в соединении с водой используемое либо как косметическое средство — для очищения и ухода за кожей (туалетное мыло); либо как средство бытовой химии — моющего средства (мыло хозяйственное).

До изобретения мыла жир и грязь с кожи удаляли золой и мелким речным песком. Для стирки одежды использовали щелок, получающийся от обработки золы водой. Технология изготовления мыла из животных жиров складывалась на протяжении многих веков.

1.История создания мыла.

Легенда гласит, что само слово soap (мыло) произошло от названия горы Сапо в древнем Риме, где совершались жертвоприношения богам. Животный жир, выделяющийся при сжигании жертвы, скапливался и смешивался с древесной золой костра. Поученная масса смывалась дождем в глинистый грунт берега реки Тибр, где жители стирали белье и, естественно, наблюдательность человека не упустила того факта, что благодаря этой смеси одежда отстирывалась гораздо легче. Поэтому долгое время изобретение мыла приписывалось именно римлянам.

Но самое раннее описание мыловарения было обнаружено учеными на шумерских табличках, датируемых 2500 годом до н.э. Судя по этим записям, мыло изготавливалось путем смеси воды и древесной золы, которую кипятили и в последствии растапливали в ней жир, получая тем самым мыльный раствор. Но, к сожалению, свидетельства применения данного раствора не сохранилось.

Именно в Риме мыловарение приобрело широкое распространение и выделилось в отдельную ремесленную отрасль. Так при раскопках Помпеи археологами была раскопана мыловарня, где найдены готовые куски мыла.

После падения Римской империи и с началом, так называемого темного времени в Европе, чистота и личная гигиена отошли на второй план, поэтому производство мыла пошло на спад, но рецепты не были утеряны и небольшие кустарные мастерские продолжали дело мастеров древности.

Заслуга в изобретении мыла, вероятно, принадлежит, галльским племенам. По свидетельству Плиния Старшего, из сала и золы букового дерева галлы делали мазь, которую применяли для окрашивания волос и лечения кожных заболеваний. Вскоре её стали использовать и в качестве моющего средства. Технология изготовления мыла из животных жиров складывалась на протяжении многих веков.

Так, начиная с IX века н.э., основным поставщиком мыла в Европе стал Марсель, благодаря наличию на близлежащей территории сырьевых источников, то есть оливкового масла и соды. Масло, получаемое после первых двух прессовок, употреблялось в пищу, а после третьей использовалось для приготовления мыла.

 Лишь с конца XIV века марсельское мыло уступило свое место в международной торговле венецианскому мылу. Так же мыловарение активно развивалось в Италии, Греции и Испании.

 В XV веке в Италии, в Севоне, начали впервые выпускать твердое мыло промышленным путем. При этом жиры соединялись не с золой, а с природной кальцинированной содой. Это значительно снижало себестоимость мыла, а, следовательно, перевело мыловарение его из разряда ремесленного производства в мануфактурное.

 Начиная с XIV века, мыловарни стали появляться и в Германии. Для варки мыла использовали говяжье, баранье, свиное, лошадиное сало, костяной, китовый и рыбий жир, отходы жиров различных производств. Добавляли и растительные масла - льняное, хлопковое.

 История мыловарения в России уходит своими корнями в допетровскую эпоху. Умельцы научились изготавливать мыло из поташа и животных жиров. Таким образом, в каждом доме было налажено производства этого столь необходимого в быту продукта. Ширилось число мелких мыловаренных мастерских, тем более что Россия располагала всеми необходимыми для этого ресурсами, и в первую очередь древесиной, так как в основе поташа лежала именно зола.

 Поташ стал одним из основных продуктов экспорта, что привело к массовой вырубке лесов. К началу царствования Петра I остро встал вопрос о поиске более дешевого заменителя поташа. Проблема была решена в 185 году, когда французский химик Николса Лебман смог получить из поваренной соли соду. Этот отличный щелочной материал вытеснил поташ.

 В связи с особыми экономическими условиями, первые мыловаренные фабрики стали появляться в России лишь в XVIII веке. В Москве на тот момент было известно две: в Новинской и Пресненской частях. К 1853 году в Московской губернии их число выросло до восьми. Потребителями мыловаренных заводов стали многочисленные суконные, ситценабивные и красильные фабрики. [5]

2 Принцип действия мыла

Интересно, что люди веками употребляли мыло и не знали, как и почему оно снимает грязь. Заметили только, что оно хорошо моет тогда, когда мылится образует много пены и пузырей.

Мыло можно получить, если жир, смешанный с едкой щелочью, нагреть до кипения. При этом жир распадается на более простые вещества, которые называют жирными кислотами. Молекулы этих кислот напоминают головастиков: у каждого из них есть «головка» (карбоксильная группа СООН) и «хвост» (цепочка атомов углерода и водорода). При варке мыла углеродный «хвост» остается неизменным, а вот «головка» преображается. К ней присоединяется щелочной металл. Получается, так сказать, головастик со вставным металлическим зубом. Теперь это уже молекула не жирной кислоты, а мыла. Ее углеводородный «хвост» гидрофобен, т.е. ненавидит воду, но гидрофилен по отношению к родственным, углеводородным веществам. А у головы другой вкус: более всего ей мила вода. В результате молекулы мыла вида RCOOM (где М – щелочной металл) обладают необычайной активностью. Мыльный раствор – миллиарды молекул-головастиков, которые, раздираемые противоречивыми желаниями мчатся в различных направлениях. Оказавшись у поверхности воды, они успокаиваются: ведь это так удобно – оставить в жидкости лишь «головы», а «хвосты» высунуть наружу, подальше от ненавистной влаги. Но еще приятней, если молекулам удается отыскать, например, на ткани, погруженной в раствор, грязное масленое пятно. Огромные стаи головастиков жадно набрасываются на него и приклеиваются «хвостами». Благодать: «головы» - в любимой воде, «хвосты» - в желанном жире.

Ну, а теперь, если мы станем тереть ткань рукой, молекулы мыла, отрываясь от пятна, будут уносить с собой и ничтожные кусочки грязи. На оставшийся жир тут же набросятся новые молекулы. Так будет продолжаться пока вся грязь не перейдет в раствор. [6]

3.Вспомогательные компоненты мыла [7]

3.1.Консерванты и бактерициды.

Многие моющие средства косметико-гигиенического назначения, особенно содержащие натуральные экстракты, являются подходящей питательной средой для развития бактерий и микрофлоры. С целью надежного ингибирования их роста мыла подлежат защите путем введения определенных химических веществ – консервантов.Функция консервантов заключается в том, чтобы усваивать или ингибировать рост бактерий и грибков, попавших в продукт случайно в процессе производства или занесенных при его использовании. Бактерициды действуют сильнее в сравнении с консервантами и имеют свою специфику в химическом плане. В функциональном плане они обеспечивают антимикробные свойства специальных моющих средств, в частности бактерицидные и дезодорирующих мыл.

3.2.Натуральные экстракты, лечебные компоненты.

В составах современных моющих средств используют натуральные экстракты, эссенции, масла.

Кроме моющего действия, общего удовольствия от аромата и пены, составы с травяными экстрактами способны освежать и снимать усталость, возбуждать и, наоборот, оказывать успокаивающий эффект, смягчать и тонизировать кожу, способствовать улучшению кровоснабжения и регенерации.

К числу стимулирующих средств относят экстракты биомассы растений, давно известные из народной медицины, например экстракты чабреца, шалфея, душицы, тимьяна, розмарина, женьшеня, перечной ромашки, валерианы, хмеля, пустырника, мелиссы. Как полагают, действующим началом большинства травяных экстрактов являются эфирные масла,  вяжущие вещества и микроэлементы. Противовоспалительным, заживляющим и слабым бактерицидным действием обладают экстракты ромашки, календулы, зверобоя, алоэ, тысячелистника, подорожника, фенхеля, череды, лаванды и гвоздики.

3.3. Эфирные масла, парфюмерные отдушки.

В мире производится около 200 видов натуральных эфирных масел. Основными из которых являются: анисовое, апельсиновое, бергамотное, ветиверовое, гвоздичное, гераниевое, иланг – аланговое, кедровое, лавандовое, лемонграссовое, лимонное, мятное, пихтовое, розмариновое, розовое, санталовое, эвкалиптовое. Все они в той или иной мере используется для ароматизации моющих средств.

При подборе отдушки важно учитывать следующие факторы: стабильность  компонентов в сочетании друг с другом и в данной основе моющего средства, интенсивность и эффективность аромата в продукте, в процессе и после применения, стойкость и изменение структуры запаха процессе  хранения, в зависимости от материала тары и, наконец, стоимость отдушки. Известно, что удачно подобранная отдушка обеспечивает, по крайней мере, 30 % успеха моющего средства. Первичный же выбор потребителя почти  полностью определяется ароматом и внешним видом продукта. Предпочтения отдаются тонким ароматам  свежей зелени, фруктовым и цветочным направлениями с базальными и экзотическими нотами.                

4.Свойства и состав мыла.

Что же такое мыло с точки зрения химии? Это соли жирных кислот, обладающих моющими средствами. А что такое жирные кислоты? Это важнейшая составляющая растительных масел и животных жиров, которые, в основном, состоят из соединений жирных кислот и глицерина. Химическая реакция между жиром и золой (или содой), которая была обнаружена в глубокой древности, и сегодня является основной для получения мыла.  Этот процесс так и называется – реакция омыления.  В результате образуется два ценных и дополняющих друг друга продукта – мыло и глицерин. Мыло обладает моющими средствами, а глицерин делает умывание приятным и полезным. В его состав входит только то, что необходимо и достаточно: моющая основа на базе натуральных масел и жиров, вода и естественно глицерин. Как правило, в такое мыло вводят так же смягчающие и питательные добавки: бесконечное разнообразие масел, жиров, восков, глин, лечебных грязей, растений  экстрактов из них, и, эфирные масла

Многие свойства мыла, например твердость, растворимость в воде, пенообразование, моющая способность, зависит от его жирового состава. Так, входящая в состав свиного и говяжьего сала пальмитиновая кислота предает мылу твердость и хорошие пенообразующие качества, а олеиновая кислота – растворимость в холодной воде и моющую способность. Стеариновая кислота усиливает моющие действия мыла в горячей воде. Благодаря лауриновой кислоте, содержащейся в кокосовом масле, мыло лучше растворяется в холодной воде, увеличивается его моющая способность и уменьшается набухание.[ 8]

5.Влияние состава мыла на кожу.

          Поскольку мыло извлекает из поверхностного слоя кожи не только загрязнения, но и жиры, порой чрезмерно ее высушивая, в туалетные мыла добавляют вещества, которые помогают сохранить нормальное содержание жиров и влаги в коже и самое благоприятное для нее значение кислотности. Это такие добавки, как высшие спирты, эфиры янтарной и молочной кислоты, глицерин. Сортов и марок мыла существует великое множество, и прежде чем выбрать самое подходящее, надо определить тип своей кожи. Жирная кожа часто блестит из-за сильного пото- и жироотделения, на ней обычно крупные поры.  Уже через два часа после умывания на приложенной к лицу салфетке жирная кожа оставляет пятна. Для такой кожи требуется мыло с легким осушающим действиям. Сухая кожа тонкая и очень чувствительна к ветру и непогоде, а поры на ней мелкие и тонкие;  она легко трескается, так как недостаточно эластична.   Такой коже надо создавать максимальный комфорт и щадящий режим, лучше использовать дорогие сорта мыла. Нормальная кожа мягкая, гладкая, поры среднего размера. Такая кожа как бы «светится», но не блестит. Тем не менее, нормальная кожа, как и любая другая, нуждается в уважительном уважении и бережном уходе. Мыла, полученные из жирных кислот с короткой углеродной цепью (лауриновая и меристиновая) и из ненасыщенных жирных кислот с длинной цепью (олеиновая) раздражают кожу. Не раздражают кожу мыла, полученные из насыщенных жирных кислот с длинной углеродной цепью (пальмитиновая и стеариновая). Щелочные и кислые мыла могут вызывать раздражения кожи. Лучше использовать нейтральные и пережиренные. Защелачивание разрушает естественную и кислотную оболочку кожи, обнажая её атаки микробов.

6.Практическая часть

Существует немало способов получения мыла в условиях школьной лаборатории в зависимости от имеющегося сырья, от их доступности. Изучив различные методики, мы остановились на наиболее приемлемых  для нас методах.

Этапы проведения практической части:

1этап – мыло из готовой основы.

1. нагревание основы на водяной бане. (не доводить до кипения!);
2. добавка красителя (куркума, порошок какао);
3. добавка ароматизатора ( эфирное масло «апельсин»);
4. заливка в формы;
5. оформление готового мыла.

2 этап – мыло с нуля.

1. вычисление нужного количества ингредиентов (по мыльному калькулятору) [9]
2. взвешиваем жир, щелочь, отмеряем масло и воду;
3. растапливаем на водяной бане жир до определенной температуры;
4. растворяем щелочь в воде (Осторожно!)
5. смешиваем ингредиенты и взбиваем;
6. заливаем в форму и оставляем для реакции омыления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Средства личной гигиены являются неотъемлемой частью каждого современного культурного человека. Их использование не требует дополнительных затрат времени и не может причинить ущерба здоровью, ибо главным при их создании является принцип «не навреди», что обуславливает исключительно натуральную природу всех компонентов. Изучив технологию производства мыла, а также их свойства и влияние на организм человека, мы подобрали наиболее простые методы получения мыла,которые изготовили из натурального сырья. В эти мыла были введены натуральные ингредиенты, которые благоприятно воздействуют на кожу, а также придают мылу разнообразную окраску и приятный запах.

Выполненная работа позволяет сделать обоснованные выводы о том, что выдвинутая гипотеза верна, а именно: изучение литературы по приготовлению мыла в условиях школьной лаборатории, получение  мыла, проверка его свойств на практике привели к получению  мыла в условиях школьной лаборатории.

Теоретический анализ показал, что в литературе подробно изучен вопрос получения мыла.

Опытным путем установлено, что ограниченность условий школьной лаборатории, отсутствие некоторых приборов не позволили получить более качественное мыло.

В ходе работы нами был сделан вывод о том, что приготовление мыла в домашних условиях – процесс трудоемкий, длительный и дорогостоящий, т.к. для получения мыла используются твердые жиры, которые являются ценными продуктами питания.

Обоснованность и достоверность выводов в нашей работе ограничена школьными лабораторными условиями, отсутствием  приборов для отжима мыла при низком давлении.