Waschmittel. Seifen haben jedoch einige gravierende Nachteile, weswegen sie heutzutage nur noch zur Regulation des Schaumes dienen.

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1 Universität Regensburg Institut für Anorganische Chemie Lehrstuhl Prof. Dr. A. Pfitzner Demonstrationsvorträge im Sommersemester Juni 2008 Betreuung: Frau Dr. M. Andratschke Referenten: Martina Bibinger, Diana Felsky 1. Historischer Rückblick Waschmittel Das erste Mittel zum Waschen war natürlich das Wasser. Die alten Römer verwendeten dann Urin (vergoren diesen unter Ammoniak-Bildung) zum Waschen. Einen ersten Hinweis auf Seifenherstellung fand man bei den Sumerern, welche vor 4500 Jahren im heutigen Süd-Irak lebten. Sie mischten Pflanzenasche (diese enthält Pottasche K 2 C 3 ) und Öle und erhielten so Seifen. Ebenso wurde Seife von den Ägyptern und Griechen nach der gleichen Rezeptur hergestellt, doch erst die Römer erkannten die Reinigungswirkung von Seife bringt die Firma Henkel das erste Vollwaschmittel mit dem Namen Persil auf den Markt. Es enthielt Seifenpulver, Natriumperborat (als Bleichmittel) und Natriumsilikat (als Stabilisator). [1-3] 2. Seifenherstellung Abhängig von den Ausgangsstoffen unterscheidet man Schmier- von Kernseifen. Es reagiert ein Fett mit einer Lauge zu Glycerin und einer Seife (s. Abb. 1). R H R + 3 NaH H + 3 Na R H R Abb. 1 Reaktionsgleichung bei der Bildung von Seife Kernseifen entstehen aus der Reaktion mit Natronlauge und sind harte Seifen, Schmierseifen entstehen aus der Reaktion mit Kalilauge und sind weiche Seifen. [3] 3. Nachteile von Seifen Seifen haben jedoch einige gravierende Nachteile, weswegen sie heutzutage nur noch zur Regulation des Schaumes dienen. [2, 3] a. Seifen bilden in Wasser Hydroxidionen Diese können die Wäsche beschädigen. R-C + H 2 R-CH + H - Material: Reagenzglas mit Seifenlösung; Phenolphthalein als Indikator - Durchführung: Man gibt einige Tropfen Phenolphthalein in das Reagenzglas mit der Seifenlösung. - Beobachtung: Die Seifenlösung färbt sich rosa. - Interpretation: Die Seifenlösung weist einen ph-wert auf, der im alkalischen Bereich liegt (siehe Reaktionsgleichung oben). - Bei einem Kontrollversuch mit Spülmittel, welches (siehe 4.1, S. 2) anstelle von Seife enthält, ist sichtbar, dass hier keine Hydroxidionen gebildet werden. 1

2 b. Seifen sind säurelabil Dies ist besonders ein Problem, wenn verschwitzte Wäsche gewaschen wird, da durch Schweiß der ph-wert der Lösung sinkt. [3] R-C + H 3 + R-CH + H 2 - Material: Reagenzglas mit Seifenlösung; verdünnte Salzsäure HCl - Durchführung: Man gibt einige Tropfen verdünnter Salzsäure in das Reagenzglas mit der Seifenlösung. - Beobachtung: Es entsteht ein weißer Niederschlag. - Interpretation: Die Seifenanionen werden durch die Protonen der Säure als Carbonsäuren ausgefällt (siehe Reaktionsgleichung oben). c. Bildung von unlöslichen Kalkseifen Dadurch wird die Waschwirkung der Seife minimiert. 2 R-C + Ca 2+ Ca(R-C) 2 - Material: Reagenzglas mit Seifenlösung; Calciumchlorid CaCl 2 -Lösung - Durchführung: Man gibt einige Tropfen der Calciumchloridlösung in das Reagenzglas mit der Seifenlösung. - Beobachtung: Es entstehen weiße Flocken. - Interpretation: Die Seifenanionen werden durch die Ca 2+ -Kationen als schwerlösliche Metallseifen ausgefällt (siehe Reaktionsgleichung oben). 4. Moderne Waschmittel In der heutigen Zeit haben sich sogenannte moderne Waschmittel durchgesetzt, weil sie die nachteiligen Reaktionen der Seife beim Waschen nur in geringem Maß aufweisen. Dies ist vor allem auf die komplexe Zusammensetzung solcher Stoffgemische zurückzuführen. Einen entscheidenden Bestandteil stellen dar. Inhaltsstoffe moderner Waschmittel 4.1 ist eine Gruppenbezeichnung für grenzflächenaktive Verbindungen. Das Wort kommt vom lateinischen tensio = Spannung. Damit kommt zum Ausdruck, dass es Verbindungen sind, die die Grenzflächenspannung herabsetzen können: [4] Diese tritt auf, wo zwei Phasen oder zwei Systeme mit unterschiedlichem Aggregatszustand aufeinanderstoßen; sie tritt auch zwischen zwei flüssigen Phasen, z. B. Öl und Wasser, auf. [4] Die Erniedrigung der Grenzflächenspannung ist auf das Nebeneinander hydrophiler und hydrophober Gruppen in einem Molekül zurückzuführen. [4] Der hydrophobe Teil ist im Allgemeinen ein linearer, verzweigter oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest. besitzen, wie Abb. 2 zeigt, eine sogenannte amphiphile Struktur mit einem Kopf- und einem Schwanzteil. [4] Abb. 2 Anordnung der an der Wasseroberfläche an der Grenzfläche Luft Wasser [5] 2

3 Versuch: Spreitung eines Tensids auf Wasser [4] Material: Petrischale, Pfeffer, Spülmittel Durchführung: Die berfläche von Wasser in einer Petrischale wird mit Pfeffer bestreut. Dieser verteilt sich aufgrund der berflächenspannung des Wassers gleichmäßig. Dann wird in die Mitte der bestreuten Fläche ein Tropfen Spülmittel aufgetropft. Beobachtung: Von der Berührungsstelle aus wandert ruckartig das Pulver an den Rand der Schale. Interpretation: Die Tensidmoleküle (z. B. Seifenanionen) ordnen sich mit ihrem hydrophilen Ende an der Wasseroberfläche an, die hydrophoben Enden ragen heraus. Dabei breiten sie sich auf der Wasseroberfläche aus; man sagt: es kommt zur Spreitung. Durch diese Spreitung wird das aufgestreute Pulver weggeschoben. [4] a) Nach der Ladung des grenzflächenaktiven Tensidteils im Wasser unterscheidet man die verschiedenen Tensidklassen: [6, 7] Tensidklasse Modell Beispiel Nichtionische Anionische Kationische Amphotere Fettalkoholpolyglycolether Wasch-, Spül- und Reinigungsmittel Seife Waschmittel für Textilien Quaternäre Dialkylammoniumester Weichspüler, Antikorrosionsmittel Alkylbetain Haar- und Körperreinigungsmittel b) haben außer der Erniedrigung der Grenzflächen- und berflächenspannung noch weitere Eigenschaften, wie Schaum- und Micellbildung. Auf letztere wird noch eingegangen: Micellbildung Tensidmoleküle oder Ionen in wässriger Lösung aggregieren im einfachsten Falle zu kugelförmigen Gebilden, den Micellen (lateinisch mica = Körnchen). [4] Micellen sind nicht statisch, sondern befinden sich in dauernder Auflösung und Neubildung. [4] Da Micellen relativ große Teilchenassoziate sind, verhalten sich Tensidlösungen wie kolloidale Lösungen. Deshalb entsteht beim Durchgang eines starken Lichtstrahles durch eine Tensidlösung eine Lichtstreuung (Tyndall-Effekt). [4] c) Der Schmutzablösevorgang lässt sich modellhaft in 4 Phasen unterteilen: [7] 1. Benetzung Eine Tensidlösung ermöglicht wegen ihrer niedrigen berflächenspannung die vollständige Benetzung von Schmutz und Faser, im Gegensatz zu reinem Wasser, welches aufgrund der großen berflächenspannung eine Tropfenform ausbildet. Tensidmoleküle sind grenzflächenaktiv und lagern sich daher bevorzugt an den Grenzflächen Wasser-Faser und Wasser-Öl an, wobei der hydrophile Anteil der in Richtung wässriger Lösung ragt. 2. Verminderung der Schmutzhaftung Die Tensidmoleküle ordnen sich so an, dass sich zwischen Faser und Schmutz eine negativ geladene hydrophile Schicht aus Tensidmolekülen bildet, welche zu einer elektrostatischen Abstoßung zwischen dem Schmutz und der zumeist ebenfalls negativ geladenen Faser führt. 3

4 3. Ablösen des Schmutzes von der Faser Zur vollständigen Entfernung der Schmutzpartikel ist es nötig, dass die Wäsche entweder manuell oder in der Waschmaschine bewegt wird. Dadurch entsteht Reibung zwischen den Fasern und die Schmutzpartikel in Micellen werden abgestoßen. 4. Halten des Schmutzes in der Lösung Das Schmutztragevermögen der wird durch ihre Grenzflächenaktivität bewerkstelligt, da die Anordnung der negativ geladenen Tensidmoleküle um die Schmutzpartikel zur Abstoßung der Schmutzpartikel untereinander führt und ein Halten des Schmutzes im Waschwasser ermöglicht. Ein Zusammenschluss zu größeren Aggregaten, welche sich wieder auf dem Gewebe ablagern, wird dadurch verhindert. 4.2 Seife [1] Sie dient als Schaumregulator: durch Bildung von Kalkseife wird zu starkes Schäumen verhindert. 4.3 Enzyme [1] Enzyme entfernen eiweiß- und stärkehaltige Flecken (z. B. Milch, Blut). Sie wirken gut bei niedrigen und/oder mittleren Temperaturen; bei zu hohen Temperaturen werden sie zerstört. 4.4 ptische Aufheller [1] Sie sind fluoreszierende Stoffe und lassen Weißes weißer erscheinen. 4.5 Bleichmittel Bleichmittel entfernen nicht auswaschbare, farbige Verschmutzungen, z. B. von Früchten. [1] 4.6 Ionenaustauscher (Wasserenthärter) [1] Heutzutage werden Zeolithe (Natrium-Alumosilicate) eingesetzt. Ca 2+ -Ionen oder Mg 2+ -Ionen werden durch Na + -Ionen ausgetauscht. Dadurch entsteht keine Kalkseife mehr. 4.7 Alkalien Sie erhöhen den ph-wert der Waschlauge ( damit quellen die Fasern auf und der Schmutz lässt sich leichter ablösen ). [1] 4.8 Weitere Hilfsstoffe [1] Z. B. Konservierungsmittel (im flüssigen Waschmittel) und Duftstoffe Einteilung moderner Waschmittel: [1] 1. Vollwaschmittel: Sie sind für Temperaturen von 30 C bis 95 C, für die meisten Textilien und Waschverfahren geeignet. 2. Buntwaschmittel: Sie sind für Temperaturen von 30 C bis 60 C geeignet und enthalten keine Bleichmittel und keine optische Aufheller (im Gegensatz zu den meisten Vollwaschmitteln). 3. Feinwaschmittel: Sie sind für eine Temperatur von 30 C und für Handwäsche geeignet. Sie enthalten ebenfalls keine Bleichmittel und optische Aufheller, dafür aber verstärkt Enzyme und Seife. 4. Spezialwaschmittel: Dieses gibt es für Wolle, Seide, Daunen und Sport-/Membrantextilien. In der Regel ist es für niedrige Temperaturen geeignet. 5. Baukastenwaschmittel: Sie bestehen meistens aus drei wesentlichen Bestandteilen eines Vollwaschmittels: dem Enthärter, dem Bleichmittel und dem Basiswaschmittel ohne Bleichmittel. 4

5 - Material: 2 Erlenmeyerkolben: einer gefüllt mit Buntwaschmittel, der andere mit Vollwaschmittel. - Durchführung: Man gibt einige Tropfen Tinte in die 2 Erlenmeierkolben. - Beobachtung: Im Kolben mit dem Vollwaschmittel verschwindet die blaue Farbe. Im Kolben mit dem Buntwaschmittel bleibt die blaue Farbe vorhanden. - Interpretation: Durch das Bleichmittel im Vollwaschmittel verschwindet die blaue Farbe. Im Buntwaschmittel ist kein Bleichmittel vorhanden. 5. Umweltproblematik Bei allen Vorteilen und Leistungen moderner Waschmittel darf nicht außer acht gelassen werden, dass Waschmittel nach dem Gebrauch zusammen mit dem abgelösten Schmutz ins Abwasser gelangen. [8] Trotz eines hohen Niveaus der Abwasserreinigung in Deutschland muss vor einem bedenkenlosen Umgang mit Waschmitteln gewarnt werden. Tipps für umweltbewusstes Waschen: - Bei möglichst geringer Temperatur waschen (Kochwäsche nur zum Desinfizieren) - Maschine immer voll beladen. - Beim Neukauf eine energiesparende Waschmaschine wählen. - Energiespartaste benutzen. - Waschmittel nach der Wasserhärte dosieren. - Waschmittel in Abhängigkeit von der Wäsche wählen. [8] 6. Lehrplanbezug In der 5. Klasse wird im Fach Natur und Technik im neuen G8 das Thema Wasser behandelt. Hier kann man auf das Waschen eingehen. [9] In der berstufe (Klasse 11/12) des G8 werden Fette und behandelt. Es werden die Herstellung von Seifen und die Wirkungsweise waschaktiver Substanzen erklärt. Ebenso werden die amphiphilen Eigenschaften und die Grenzflächenaktivität von n behandelt. Des Weiteren sind Putz- und Waschmittel Themenbereiche im biologisch-chemischen Praktikum in der gymnasialen berstufe. [10, 11] Literatur [1] (Stand: ) [2] (Stand: ) [3] V. Dietrich: Vom Waschen. Naturwissenschaften Biologie, Chemie, Physik, 1. Auflage, Volk und Wissen-Verlag GmbH & Co., Berlin, 2000, S. 6-7, 16-17, 21-22, 25, 30, 34. [4] Karl Häusler (Autor), Fachzeitschrift Unterricht Chemie, Sammelband 2005 Chemie im Alltag, Friedrich Verlag, S [5] (Stand: ) [6] (Stand: ) [7] Günter Wagner, Waschmittel; Chemie, Umwelt, Nachhaltigkeit; Wiley-VCH Verlag, 3., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage; S. 33, 41, 46-47, 58, 60. [8] (Stand: ) [9] print&supertemplate= (Stand: ) [10] =print&supertemplate= (Stand: ) [11] =print&supertemplate= (Stand: ) 5

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