Мийні засоби (детергенти) - речовини, що підсилюють миючу дію води. Першими детергентами були мила, отримані з зустрічаються в природі речовин. Але зараз під детергентами зазвичай розуміють синтетичні речовини, по миючого дії подібні з милом. Синтетичні миючі засоби використовуються в побуті, в промисловості їх застосовують для відбілювання текстилю, при фарбуванні і апретуванні тканин, на стадіях очищення і травлення металів, для стерилізації обладнання в харчовій промисловості, а також у виробництві косметики.
Найбільш поширені синтетичні миючі засоби - сульфонати натрію. Існують їх численні різновиди, трохи розрізняються за властивостями. Для спеціальних цілей використовуються і інші сполуки.
Використання мила завжди ускладнюється, якщо вода жорстка. При пранні в ній доводиться витрачати багато мила, щоб досягти відчуття «милкості». Це пояснюється присутністю в воді солей типу гідрокарбонату кальцію, які реагують з милом, утворюючи нерозчинні сполуки. Лише після того як розчинені солі видалені реакцією з милом, додаток додаткових кількостей мила призводить до прояву його миючих властивостей. Якщо після прання милом прополоскати тканину в жорсткій воді, на ній осідає нерозчинний і важко УДАЛИМА «кальциевое мило», яке псує її вид. Тому в районах з жорсткою водою в пральнях доводиться встановлювати обладнання для пом'якшення води.
Величезна перевага майже всіх синтетичних миючих засобів перед милом полягає в тому, що в жорсткій воді вони діють не гірше, ніж у м'якій. Виробництво синтетичних миючих засобів, призначених для текстильної промисловості, починалося в основному в Німеччині, а синтетичних детергентів побутового призначення - в США незабаром після Другої світової війни, причому їх збут ріс надзвичайно швидко і в 1953 зрівнявся з обсягом з продажем мила, а потім швидко перевершив її.
Миючі засоби для прання та домашнього господарства. Наявні в продажі миючі засоби рідко представляють собою чисті речовини. Зазвичай вони містять і інші компоненти, наприклад, пом'якшувачі води і відбілювачі, які збільшують їх ефективність.
Шматок «мила» для миття обличчя і рук може бути дійсно милом, а може бути і синтетичним миючим засобом або поєднанням того і іншого. Для миття посуду призначаються відносно м'які детергенти, оскільки при цьому доводиться занурювати руки в миючий розчин. В посудомийній машині можна використовувати більш сильні засоби. Для посилення дії миючих засобів застосовують різні фосфати, силікати і борати.
У миючих засобах для прання білизни, крім власне детергенту, використовують ще два роду речовин. Одні з них - відбілювачі - окислюють і тим самим руйнують деякі види забруднювачів і фарбувальних речовин. Класичним окислювачем для цих цілей служить хлор. У сучасних пральних порошках використовують більш виборчі відбілювачі, засновані на бромі, пероксіборате (часто званому перборат) і монопероксісульфате.
Інші - так звані підсилювачі білизни або освітлювачі - роблять випрану білизну буквально «біліше білого». Відомо, що предмет є абсолютно білим, якщо відображає весь світло, що падає на нього. Тому в пральні порошки додають «безбарвний барвник», який забезпечує не тільки повне відображення видимого світла, але і часткове перетворення ультрафіолетового (невидимого) світла в білий або блакитний. В результаті тканина стає «сліпуче білої».
Для видалення бруду з кухонної раковини також застосовується миючий порошок. Він містить сильні миючі засоби, відбілювачі та абразиви. Для очищення сковороді непрігораемой, покритих тефлоном, використовують миючі порошки з низькою абразивністю. Особливо ефективні суміші, що містять сильні луги, призначені для видалення пригару в печах.
Жорстка вода створює серйозні проблеми і при митті волосся. В цьому випадку корисними виявляються синтетичні миючі засоби сульфатного типу - алкілсульфати C 12 H 25 OSO 3 Na, які змивають природні жири.
Дія детергентів. Мило відомо вже тисячі років, але тільки відносно недавно хіміки зрозуміли, чому воно має миючими властивостями. Механізм видалення бруду по суті один і той же для мила та синтетичних мийних засобів. Розглянемо його на прикладі повареної солі, звичайного мила і алкілбензолсульфоната натрію, одного з перших синтетичних детергентів.
При розчиненні в воді кухонна сіль дисоціює на позитивно заряджені іони натрію і негативно заряджені хлорид-іони. Мило, тобто стеарат натрію (I), подібні до них речовини, а також алкілбензолсульфонат натрію (II) поводяться подібним же чином: вони утворюють позитивно заряджені іони натрію, але їх негативні іони, на відміну від хлорид-іона, складаються приблизно з п'ятдесяти атомів.
Мило (I) можна уявити формулою Na + і C 17 H 35 COO -. де 17 атомів вуглецю з приєднаними до них атомами водню витягнуті в звивистий ланцюжок. Алкілбензолсульфонат натрію (Na + C 12 H 25 C 6 H 4 SO 3 -) має приблизно стільки ж атомів вуглецю і водню. Однак розташовані вони не у вигляді звивистої ланцюжка, як в милі, а у вигляді розгалуженої структури. Значення цієї відмінності стане ясно пізніше. Для миючого дії важливо те, що вуглеводнева частина негативного іона нерастворима в воді. Однак вона розчинна в жирах і маслах, а адже саме завдяки жиру бруд прилипає до речей; і якщо поверхня повністю очищена від жиру, бруд не затримується на ній.
Як показано на малюнку, негативні іони (аніони) мила і алкілбензолсульфоната схильні концентруватися на поверхні розділу води і жиру. Водорозчинний негативно заряджений кінець залишається у воді, тоді як вуглеводнева частина занурена в жир. Щоб поверхня розділу була найбільшою, жир повинен бути присутнім у вигляді дрібних крапельок. В результаті утворюється емульсія - суспензія крапельок жиру (масла) у воді (III).
Якщо на твердій поверхні є плівка жиру, то при контакті з водою, що містить детергент, жир покидає поверхню і переходить в воду у вигляді дрібних крапель. Аніони мила і алкілбензолсульфоната знаходяться одним кінцем в воді, а іншим - в жирі. Бруд, що утримується плівкою жиру, видаляється при полосканні. Так в спрощеному вигляді можна уявити собі дію миючих засобів.
Будь-яка речовина, схильне збиратися на поверхні розділу масло - вода, називають поверхнево-активною речовиною. Всі поверхнево-активні речовини є емульгаторами, тому що сприяють утворенню емульсії олії у воді, тобто «Змішання» масла і води; всі вони мають миючі властивості і утворюють піну - адже піна є як би емульсією повітряних бульбашок у воді. Але не всі ці властивості виражені у них однаково. Є поверхнево-активні речовини, які рясно утворюють піну, але є слабкими миючими засобами; є і такі, які майже не піняться, але являють собою прекрасні миючі засоби. Синтетичні детергенти - це синтетичні поверхнево-активні речовини з особливо високою миючої здатністю. У промисловості термін «синтетичне миючий засіб», як правило, означає композицію, що включає поверхнево-активний компонент, відбілювачі та інші добавки.
Мило, алкілбензолсульфонати і багато інших миючі засоби, де саме аніон розчиняється в жирах, називають аніоноактівние. Є також поверхнево-активні речовини, в яких жиророзчинних є катіон. Їх називають катіоноактивні. Типовий катіонний детергент, хлорид алкілдиметилбензиламоній (IV)
є сіллю четвертинного амонію, що містить азот, пов'язаний з чотирма групами. Хлорид-аніон завжди залишається у воді, тому його називають гідрофільних; вуглеводневі групи, пов'язані з позитивно зарядженим азотом, є липофильними. Одна з цих груп, C 14 H 29. схожа на довгу вуглеводневу ланцюжок в милі і алкілбензолсульфонате, але вона приєднана до позитивного іону. Такі речовини називають «зворотними милом». Деякі з катіоноактивні детергентів мають сильну антимікробну дію; їх застосовують у складі миючих засобів, призначених не тільки для миття, але і для дезінфекції. Однак якщо вони викликають подразнення очей, то при їх використанні в аерозольних складах ця обставина має бути відображено в інструкції на етикетці.
Ще один тип миючих засобів - неіонні детергенти. Жиророзчинна група в детергентів (V) являє собою щось на зразок жиророзчинних груп у алкілбензолсульфоната і милах, а залишок - це довгий ланцюг, що містить безліч кисневих атомів і OH-групу на кінці, які є гідрофільними. Зазвичай неіонні синтетичні миючі засоби проявляють високу миючу здатність, але слабо утворюють піну.
В кінці 1950-х років виявлено несподіване і неприємне явище. У багатьох промислових населених пунктах каналізація стала переповнюватися піною. Хмари брудної піни громадилися над стоками, вітер розносив пластівці піни по околицях. Це створювало загрозу здоров'ю, оскільки піна з каналізації могла бути джерелом інфекції. Більш того, у багатьох країнах (в США - особливо на Лонг-Айленді) щось трапилося з підземними водами, використовуваними для водопостачання: водопровідна вода стала пінитися. Було очевидно, що причина в синтетичних миючих засобах: після 1953 їх стали купувати більше, ніж мило. Але залишилося питання: чому ж нічого подібного не траплялося раніше?
Були виявлені грунтові бактерії, здатні «перетравлювати» молекули мила, але синтетичні миючі засоби бактерії не могли метаболизировать. Ліпофільна частина молекули мила (I) являє собою неразветвленную ланцюжок вуглецевих атомів, кожен з яких пов'язаний тільки з двома сусідніми атомами вуглецю. А в алкілбензолсульфонате натрію (II) липофильная частина має розгалужену ланцюг вуглецевих атомів. Пранні це не заважає, але в природних жирах, з яких роблять мило, така структура не зустрічається. Тому-то бактерії не могли впоратися з цим завданням. Проблема була вирішена шляхом заміни розгалуженої ланцюга в алкілбензолсульфонате на неразветвленную. Такий детергент (VI) піддається біодеградації, тобто розщеплюється мікроорганізмами. За своєю структурою він досить близький до лінійного ланцюга мила, і бактерії можуть з ним впоратися. Таким чином, лінійний алкілбензолсульфонат допоміг вирішити неприємну проблему.
Останні успіхи в розробці миючих засобів для прання пов'язані із застосуванням ферментів. Ферменти - це речовини, що виробляються живими організмами, які здатні каталізувати біохімічні реакції, тобто вони прискорюють реакцію, але самі при цьому не змінюються. Певні ферменти каталізують реакції, подібні до тих, які йдуть при перетравленні їжі, тому вони дуже ефективні для видалення плям від трави, яєць, молока, шоколаду, дитячої їжі і соусів. Ферменти, що використовуються в складі миючих засобів, нешкідливі і застосовуються в дуже малих кількостях.
В кінці 1960-х - початку 1970-х років виникла нова проблема, частково пов'язана з широким використанням миючих засобів. Йдеться про евтрофікації, або старінні, озер. Евтрофікацію зазвичай відносять до забруднень навколишнього середовища, хоча процес цей природний. Якщо під забрудненням навколишнього середовища розуміється викид в водойми, атмосферу або ґрунт речовин, шкідливих для рослинного і тваринного світу, то евтрофікація, навпаки, викликає надмірне накопичення необхідних для життя речовин, наприклад нітратів і фосфатів. Фосфати, що використовуються в миючих засобах, беруть участь в живленні рослин. Коли багаті фосфатами стічні води потрапляють в озеро, починається прискорений ріст водоростей та інших водних рослин. При цьому витрачається кисень, розчинений у водоймі. Озеро «задихається», і від нестачі кисню може загинути риба. Відходи життєдіяльності людини і тварин також сприяють евтрофікації водойм. Основний же внесок вносять добрива, змиті з сільськогосподарських угідь.
Миючі засоби не єдине джерело фосфатів в озерах, а фосфати - не єдина причина евтрофікації, проте, робляться зусилля по заміні фосфатів у складі миючих засобів, зокрема, нітрілтріацетатом.
Неволін Ф.В. Хімія і технологія синтетичних миючих засобів. М. 1971
Бухштаб З.І. Технологія синтетичних миючих засобів. М. 1 988