Waschmittel. Cl - CH 3

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1 Universität Regensburg Institut für Anorganische Chemie Lehrstuhl Prof. Dr. A. Pfitzner Demonstrationsvorträge im Sommersemester Betreuung: Dr. M. Andratschke Referentinnen: Susanne Gumminger Nicole Petzendorfer Waschmittel 1) Geschichte der Seife Erstmals wurde bei den Römern die Waschwirkung der Seife, die damals aus Pflanzenasche hergestellt wurde, entdeckt und eingesetzt. Im 7. Jahrhundert entstand die Seife, wie wir sie heute kennen, aus Lauge und Fett. [1] 2) Aufbau Seife zählen zu den Tensiden und sind wie diese auch amphiphil. Das bedeutet, dass Tenside einen hydrophoben, wasserabweisenden Teil und einen hydrophilen, wasserliebenden Teil besitzen. Ein Beispiel für eine Seife ist die Kernseife (= Natriumsalz der Fettsäuren) (vergleiche Abbildung 1). [1, 2] - Na + Abbildung 1: schematischer Aufbau eines Tensides mit dem Kernseife- Molekül (die verschiedenen Anteilen darüber gelegt). [1, 3] Bei den Tensiden unterscheidet man anionische, nichtionische, kationische und zwitterionische Tenside. Beispiele: [4] Anionisches Tensid [3, 5, 6] Natriumdodec-4-ylbenzol-sulfonat - Na + S Nichtionisches Tensid [7] Kationisches Tensid [8] Polyalkylenglykolether CH 3 (CH 2 ) (-C 2 H 4 ) 1-25 H Distearyldimethylammonium-chlorid Cl - CH 3 N + CH 3 1

2 Zwitterionisches Tensid [9] Betaine, z. B. NH CH 3 N + - 3) Eigenschaften Amphiphile Moleküle sind grenzflächenaktiv, wodurch sie die berflächenspannung von Flüssigkeiten herabsetzen. Tenside setzten die berflächenspannung von Wasser herab, indem sie sich an der Wasseroberfläche anlagern und dadurch die Bindungen zwischen den Wassermolekülen durch Wasserstoffbrückenbindungen schwächen. Dabei lagert sich der hydrophile Molekülteil zum Wasser hin und der hydrophobe Molekülteil in Richtung Luft an (siehe Abbildung 2). Abbildung 2: Anlagerung eines Tensids an die Wasseroberfläche [verändert nach 4] Gibt man Tenside in Wasser, so lagern sie sich ab einer bestimmten Konzentration zu kugelförmigen Aggregaten (= Micellen) zusammen. Dabei ragen die hydrophilen Molekülteile nach außen in Richtung Wasser und die hydrophoben Molekülteile ragen nach innen. Die hydrophoben Molekülteile werden durch van- der- Waals- Kräfte zusammengehalten. Durch die Micellbildung wirken Tenside als Emulgatoren. Dadurch erreicht man, wenn man in ein tensidhaltiges Wasser Öl gibt, eine Emulsion. Die Tenside schließen die lipophilen Öltröpfchen, also hydrophobe Teilchen, in den Micellen ein. Dies bezeichnet man als Dispergiervermögen. Beim Waschen kommt uns genau dies zu Gute. An der Phasengrenze zwischen der flüssigen Waschlauge und der festen Textilfaser findet eine Benetzung statt. Dabei treten die lipophilen Alkylreste des Tensids mit den unpolaren Schmutzpartikeln in Wechselwirkung, wodurch kleine Partikel abgelöst werden. Dazu ist noch mechanische Arbeit der Waschmaschine nötig. [2, 3] Versuch 1: Emulgierende Wirkung von Seifenlösung 2 Reagenzgläser mit Stopfen, Speiseöl, Seifenlösung, Wasser In beide Reagenzgläser gibt man Wasser und je ca. 1 ml Speiseöl. In eines davon füllt man außerdem Seifenlösung, dann werden beide kräftig geschüttelt und anschließend stehen gelassen. 2

3 Erklärung: Das Wasser- Öl- Gemisch ohne Seife trennt sich sehr schnell wieder, während die Seifenlösung- Öl- Emulsion stabil bleibt. [10] Sind in einer Lösung mehr Seifenmoleküle vorhanden, als auf der berfläche Platz haben, so bilden sich Micellen. Dadurch wirken Tenside als Emulgatoren und somit entstehen in der Seifenlösung- Öl- Emulsion Micellen, die Öl eingeschlossen haben und so das Öl in Lösung halten. [2] 4) Nachteile herkömmlicher Seifen: a) Seifen bilden in hartem Wasser einen weißen Niederschlag von Kalkseifen. Die Wasserhärte hängt im Wesentlichen vom Gehalt an Ca 2+ - und Mg 2+ - Ionen ab. 2 RC - + Ca 2+ (RC) 2 Ca b) Seifen bilden in Wasser Hydroxidionen (H - ). Dies kann sowohl den Stoff als auch den Säureschutzmantel der Haut gefährden. R - + H 2 R H + H - Tenside reagieren dagegen in Wasser neutral. [1, 11] Versuch 2/3: Reaktion von Seife bzw. Tensid in Wasser 2 Reagenzgläser, hartes Wasser, Universalindikatorpapier, Kernseife, Tensid, verdünnte Schwefelsäure (H 2 S 4 ) Reagenzglas 1: In ein Reagenzglas gibt man hartes Wasser und etwas Seifenlösung und schüttelt. Anschließend hält man das Universalindikatorpapier kurz in die Seifenlösung. Reagenzglas 2: In ein Reagenzglas gibt man hartes Wasser und etwas Tensidlösung und schüttelt. Anschließend misst man mittels Indikatorpapier den ph- Wert. Reagenzglas 1: Es kommt zu einer starken Trübung, da wasserunlösliche Calciumsalze (s. o.) entstehen. Das Indikatorpapier verfärbt sich blau und zeigt somit eine basische Reaktion an. Reagenzglas 2: Die Tensidlösung ist unempfindlich gegenüber hartem Wasser und zeigt eine neutrale Reaktion in Wasser (Hellgrünfärbung des Indikatorpapiers). [10] 3

4 5) Weitere Waschmittelinhaltsstoffe 5.1 Bleichmittel: Als Bleichmittel werden in Waschmitteln hauptsächlich Natriumperborate eingesetzt. Diese Perborate setzen bei Temperaturen über 60 C Wasserstoffperoxid (H 2 2 ) frei, von welchem Sauerstoff abgespalten werden kann. Der Sauerstoff zerstört die Farbstoffe dann oxidativ. Ein gemeinsamer Einsatz von Enzymen und Bleichmitteln ist nicht sinnvoll, da die Enzyme ab einer Temperatur von 40 C denaturiert werden [11] Versuch 4: Nachweis von Bleichmitteln Reagenzglas, Spatel, Waschmittel, Kaliumpermanganat-Lösung (KMn 4 ), Schwefelsäure (H 2 S 4 ) In ein Reagenzglas werden einige Milliliter stark verdünnter Kaliumpermanganat Lösung gegeben. Danach werden einige Tropfen Schwefelsäure und etwas Weißwaschmittel hinzugegeben. Die violette Lösung entfärbt sich. Die im Waschmittel enthaltenen Bleichmittel spalten in der Wärme Sauerstoff ab und entfernen dadurch bestimmte Verunreinigungen. Im obigen Versuch wurde das Peroxid zu Sauerstoff oxidiert, Permanganat wurde reduziert. [10] Versuch 5: Nachweis von Bleichmitteln Becherglas, Bunsenbrenner, Dreifuß, Drahtnetz, Stoff mit Verschmutzung, Weißwaschmittel Ein verschmutztes Stück Stoff wird in ein Becherglas mit einer Waschmittellösung gegeben. Es wird dabei ständig erwärmt. Der Fleck verschwindet Weißwaschmittel enthalten Perborate als Bleichmittel, die bestimmte Verunreinigungen entfernen. [10] 5.2 Enzyme: Verschmutzungen wie Blut, Ei oder Milchflecken können durch den Zusatz von Enzymen vollständig entfernt werden. Die Enzyme (Proteasen, Lipasen, Amylasen und Cellulasen) wirken bei bis zu 40 C sehr gut, bei höheren Temperaturen werden die sie jedoch denaturiert. [2, 11] 5.3 Enthärter: Über die Wirksamkeit und den Verbrauch des Waschmittels entscheiden der Verschmutzungsgrad der Wäsche und die Härte des Wassers. [11] Je härter das Wasser, d. h. je mehr Calcium- und Magnesium-Ionen vorhanden sind, desto mehr Waschmittel bzw. Enthärter wird benötigt. Als Enthärter werden seit 1990 vorwiegend Zeolithe, wie Natriumalumosilikate, eingesetzt. Die Zeolithe entfernen die Ionen, indem sie sie in ihre Gitterstruktur einschließen. [11] 4

5 5.4 ptische Aufheller ptische Aufheller [ ] sind organische Verbindungen, die aus dem Tageslicht die Ultraviolettanteile absorbieren und sie als Fluoreszenzlicht im sichtbaren Spektralbereich wieder abstrahlen. [2] Der Gelbstich der Wäsche wird überdeckt. Ein gelbliches Weiß wird als schmutzig, ein bläuliches jedoch als strahlend und sauber empfunden. [11] Versuch 6: Nachweis von optischen Aufhellern UV-Lampe, Waschmittel, Filterpapier Man beschreibt Filterpapiere mit Waschmittellösungen und bestrahlt sie mit der UV-Lampe. Waschmittel mit optischen Aufhellern leuchten unter dem UV-Licht. Die im Waschmittel enthaltenen optischen Aufheller absorbieren UV- Licht und emittieren blaues Fluoreszenzlicht. Dadurch erscheint die Wäsche weißer. [10] 5.5 Weitere Inhaltsstoffe 1) Duftstoffe 2) Korrosionsinhibitoren 3) Füllstoffe 4) Schaumregulatoren 5) Vergrauungsinhibitoren [11] 6) Lehrplanbezug Das Thema Waschmittel findet man im Lehrplan des Gymnasiums in der 11. Jahrgangsstufe beim Bereich C 11.4 Fette und Tenside. [12] Quellenverzeichnis: [1] (Stand ) [2] Becker, H.: Abiturtraining Chemie. Chemie 2. Biomoleküle, Stoffwechsel, rganische Chemie des Alltags, Leistungskurs. Stark Verlag, Freising 1998, S [3] chemisches Zeichenprogramm: ChemSketch 12.0 Rel.2, ACD Labs, Freeware (Stand ) [4] (Stand ) [5] (Stand ) [6] (Stand ) [7] (Stand ) [8] (Stand ) [9] (Stand ) [10] Häusler, K./ Rampf, H./ Reichelt, R.: Experimente für den Chemieunterricht. ldenbourg Schulbuchverlag, München 1995, 2. Auflage, S. 283, 286, 288, 291/ 292, 295/ 296 [11] Kiefer, G.: Kompaktwissen Chemie. rganische Stoffklassen. Natur-, Kunst- und Farbstoffe. Stark Verlag, Freising 2005, S , 186, 188 [12] (Stand ) 5

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