31.1 清潔劑

31.1 清潔劑 • 單靠水並不能有效地清除衣物上的污垢，所以需要清潔劑。 • 清潔劑可以加強水的清潔效能。

31.1 清潔劑 • 清潔劑可分為兩類：皂性清潔劑非皂性清潔劑圖 31.2 皂性清潔劑圖 31.3 非皂性清潔劑

31.2 清潔劑的發展歷史 • 古時候便有關於使用皂性物料的歷史記載。 • 一位羅馬歷史學家就曾經記載婦女用含染料的肥皂清潔頭髮和染髮。

31.3清潔劑如何加強水的清潔效能？ 清潔劑的濕潤作用 • 水具有強大的表面張力，不易散佈於物體表面。 • 因此不是良好的濕潤劑。 • 但加入清潔劑後，水的表面張力降低。 • 水滴因此較易散佈在物體表面，充分濕潤物體。 • 清潔劑發揮其濕潤作用。

31.3清潔劑如何加強水的清潔效能？ 清潔劑的濕潤作用圖 31.4 水具有強大的表面張力，所以硬幣能浮在水面圖 31.5 水不易散佈於布面上，但清潔劑水溶液則較易散佈在布面上

31.3清潔劑如何加強水的清潔效能？ 清潔劑的乳化作用 • 水和油不能混和，因為它們的分子互不吸引。 • 把它們混合，搖勻後靜置，最終仍會分為兩層。圖 31.6 水和油不能混和，搖勻後亦會慢慢分為兩層

31.3清潔劑如何加強水的清潔效能？ 清潔劑的乳化作用 • 如果把清潔劑加入油和水的混合物中，然後把它搖勻，便會有很多油微滴在水中形成。 • 這種混合物稱為乳狀物。 • 清潔劑在這裏發揮其乳化作用。

31.3清潔劑如何加強水的清潔效能？ 清潔劑的乳化作用圖 31.7 清潔劑的乳化作用

31.4清潔劑粒子的基本結構 • 清潔劑的粒子由兩部分組成： • 疏水性的烷基部分（尾部） • 親水性的離子團部分（頭部）

31.4清潔劑粒子的基本結構 • 疏水性尾部不溶於水，但溶於油脂； • 親水性頭部溶於水，但不溶於油脂。圖 31.8 清潔劑粒子的基本結構

下圖展示一個典型肥皂粒子的結構，其親水性 頭部為。 O O– C 31.4清潔劑粒子的基本結構圖 31.9 典型肥皂粒子的結構

31.4清潔劑粒子的基本結構 • 下圖展示兩種常見的非皂性清潔劑粒子的結構：圖 31.10 一些非皂性清潔劑粒子的結構

31.5 清潔劑的乳化作用與其結構的關係 • 把清潔劑加入水和油的混合物中，未搖勻之前，清潔劑粒子的尾部會溶於油，頭部則溶於水中。圖 31.11 清潔劑粒子在水和油的混合物中的位置

每滴油微滴都被清潔劑粒子包圍。 31.5 清潔劑的乳化作用與其結構的關係 • 若把混合物搖勻，便有油微滴形成。 • 清潔劑粒子令油微滴不能聚合，所以油微滴會懸浮在水中。圖 31.11 清潔劑粒子在水和油的混合物中的位置

31.6 清潔劑的去污原理 • 假設衣物上有一片油脂。圖 31.12 清潔劑的去污原理

31.7 在實驗室內製造肥皂 • 肥皂是由植物油或動物脂肪與強鹼（一般為氫氧化鈉或氫氧化鉀）共熱至沸騰而製成的。 • 常用的植物油包活棕櫚油和橄欖油。

31.7 在實驗室內製造肥皂 • 在實驗室內製造肥皂，可把植物油（如蓖麻油）與濃氫氧化鈉溶液混合，然後加熱，並不斷攪伴約 20 分鐘。 • 要把肥皂分離出來，可把濃氯化鈉溶液加入反應混合物中，降低肥皂在水中的溶解度。 • 肥皂會從混合物中析出，形成固體浮在液面。

31.7 在實驗室內製造肥皂 圖 31.13 在實驗室內製造肥皂

31.7 在實驗室內製造肥皂 • 用過濾法將肥皂從混合物中分離。 • 用少量清水洗滌，然後弄乾。

31.8 製造肥皂的化學 脂肪和油的結構 • 脂肪和油都是天然的酯。 • 酯是由烷酸與烷醇反應生成的。 • 脂肪和油都是由甘油和長烴鏈烷酸（分子內含有 16 至 18 個碳原子）反應生成的。

H C H O H C H O H C H O H H 甘油 31.8 製造肥皂的化學脂肪和油的結構 • 甘油的結構式是：

31.8 製造肥皂的化學 脂肪和油的結構 • 甘油分子內有三個氫氧基。 • 大部分脂肪和油都是三酯。

O R1 C OH O H R2 C OH O C H O H R3 C OH C H O H 甘油烷酸 C H O H H 31.8 製造肥皂的化學脂肪和油的結構 • 甘油與烷酸的反應可用下列的方程式表示： +

H O C R1 C H O O C C H O R2 O C H O C R3 H 三酯（脂肪或油） 31.8 製造肥皂的化學脂肪和油的結構 + 3H2O • R1、R2和 R3代表相同或不同的烷基。

31.8 製造肥皂的化學 肥皂的製造 • 脂肪或油與鹼共熱時，脂肪或油會先被水解，生成甘油和烷酸。 • 烷酸再與鹼（氫氧化鈉或氫氧化鉀）反應，生成烷酸鹽，即肥皂。 • 這個過程稱為皂化作用。

H O C R C H O O C C H O R O C H O C R 3NaOH 氫氧化鈉（鹼） H 三酯（脂肪或油） 31.8 製造肥皂的化學肥皂的製造 • 這個反應可用下列的方程式表示： +

H C H OH C H OH 3RCOO-Na+ 烷酸鹽（肥皂） C H OH H 甘油 31.8 製造肥皂的化學肥皂的製造 • 這個反應可用下列的方程式表示： +

H O C (CH2)16CH3 C H O O C C H O (CH2)16CH3 3NaOH O 氫氧化鈉（鹼） C H O C (CH2)16CH3 H 動物脂肪 31.8 製造肥皂的化學肥皂的製造 • 以下的方程式展示如何用動物脂肪製備常用的肥皂 — 硬脂酸鈉。 +

H C H OH C H OH 3CH3(CH2)16COO-Na+ C H OH 硬脂酸鈉（肥皂） H 甘油 31.8 製造肥皂的化學肥皂的製造 • 以下的方程式展示如何用動物脂肪製備常用的肥皂 — 硬脂酸鈉。 +

31.9 肥皂和非皂性清潔劑在硬水中的清潔效能 硬水和軟水 • 香港的自來水是軟水。 • 軟水含有極小量或不含溶解的鈣鹽和鎂鹽。 • 含大量溶解的鈣鹽和鎂鹽的水，稱為硬水。

31.9 肥皂和非皂性清潔劑在硬水中的清潔效能 硬水和軟水圖 31.14 硬水令水壺內澱積碳酸鈣

31.9 肥皂和非皂性清潔劑在硬水中的清潔效能 比較肥皂和非皂性清潔劑在硬水中的清潔效能 • 由於泡沫能幫助油微滴懸浮在水中，所以觀察泡沫形成的狀況是量度清潔劑效能的有效方法。 • 把肥皂溶液加入硬水中，會生成浮渣。 • 需要加入大量肥皂溶液，才能產生泡沫。 • 硬水中的鈣離子和鎂離子會與肥皂粒子反應，生成不溶於水的生成物，即浮渣。

O O O (R O-)2Ca2+(s) C 不溶於水的鈣鹽（浮渣） 2R 2R O-(aq) O-(aq) C C 肥皂肥皂 O (R O-)2Mg2+(s) C 不溶於水的鎂鹽（浮渣） 31.9 肥皂和非皂性清潔劑在硬水中的清潔效能比較肥皂和非皂性清潔劑在硬水中的清潔效能 Ca2+(aq) + Mg2+(aq) + R = 肥皂粒子的烷基部分。

31.9 肥皂和非皂性清潔劑在硬水中的清潔效能 比較肥皂和非皂性清潔劑在硬水中的清潔效能 • 硬水中所有的鎂離子和鈣離子與肥皂反應後，肥皂才可產生泡沫和發揮清潔效能，所以硬水會浪費大量的肥皂。圖 31.16 把肥皂溶液（左）和非皂性清潔劑（右）加入硬水的效果

31.9 肥皂和非皂性清潔劑在硬水中的清潔效能 比較肥皂和非皂性清潔劑在硬水中的清潔效能 • 非皂性清潔劑與硬水中的鈣離子或鎂離子生成可溶於水的物質。 • 因此，非皂性清潔劑不會與硬水生成浮渣。 • 這是非皂性清潔劑的一大優點。

31.10 使用清潔劑所引致的環境問題 生物不可降解的清潔劑所引致的問題 • 含有這些清潔劑的污水排入河道後，清潔劑所形成的泡沫會長期留在河道中。 • 除了損壞船隻的機器外，亦會引致水中生物死亡。

31.10 使用清潔劑所引致的環境問題 生物不可降解的清潔劑所引致的問題圖 31.17 生物不可降解的清潔劑的結構（含支鏈碳鏈）

31.10 使用清潔劑所引致的環境問題 生物不可降解的清潔劑所引致的問題圖 31.18 被生物不可降解的清潔劑的泡沫污染的河流

31.10 使用清潔劑所引致的環境問題 生物不可降解的清潔劑所引致的問題 • 現今生產的非皂性清潔劑大部分都是生物可降解的。 • 它們的粒子只含有直碳鏈。 • 這類清潔劑可被細菌分解。

31.10 使用清潔劑所引致的環境問題 生物不可降解的清潔劑所引致的問題圖 31.19 生物可降解的清潔劑的結構（只含直碳鏈）

31.10 使用清潔劑所引致的環境問題 生物可降解的清潔劑所引致的問題 • 雖然生物可降解的清潔劑所形成的泡沫可被細菌分解，但使用這些清潔劑仍會產生下列的污染問題：香港有很多河流都發出異味，這是因為水中的細菌分解清潔劑時，需要消耗氧氣，引致水中的含氧量大大降低，令水質變壞和發出臭味。

31.10 使用清潔劑所引致的環境問題 生物可降解的清潔劑所引致的問題 • 雖然生物可降解的清潔劑所形成的泡沫可被細菌分解，但使用這些清潔劑仍會產生下列的污染問題：大多數的清潔劑都含有磷酸鹽等助潔劑。清潔劑被排入河流和海洋後，磷酸鹽便成了海藻的養分，令海藻大量繁殖。 P. 46 / 46

31.1 清潔劑

31.1 清潔劑

Presentation Transcript