Waschmittel

Wie man eine weiße Weste bekommt

Gliederung

1. Geschichte der WäschepflegeVersuch 1

2. Inhaltsstoffe moderner Waschmitteln2.1 Tenside

Demonstration 1, Versuch 22.2 Gerüststoffe

Versuche 3, 4, 52.3 Bleichmittel

Versuch 62.4 Optische Aufheller

Demonstration 2

3. Waschmittel in der Schule

1. Geschichte der Wäschepflege

Tontafel der Sumerer, um etwa 2500 v. Chr., Telo (Mesopotamien):

„Um mit Wasser rein zu waschen, um mit Pottasche zu säubern... vermischt er das reine Öl mit Pottasche“

ca. 600 v. Chr., Ägypten: Seife wird aus tierischen Fetten oder pflanzlichen Ölen mit Trona (vermutete Zusammensetzung: Na2CO3 . NaHCO3 . H2O) vermischt und gekocht

Plinius der Ältere (23 -79 n. Chr.) „Historia naturalis“:

„Gallier und Germanen benutzen Seife aus Ziegentalg und weiß gebrannter Asche als Haarpomade.“

8 Jhd.:

Blütezeit der Seifen-herstellung in Italien, Spanien und Frankreich

18. Jhd.:

Seifensiederhandwerk weicht einer gezielt industriellen Seifener-zeugung

1878: „Henkels Bleichsoda“ mit Natriumcarbonat und Natriumsilicat als Einweich- und Enthärtungsmittel

1907: PERSIL, ein Gemisch aus Perborat, Seifenflocken, Soda und Natriumsilicat, als erstes Vollwaschmittel

1834: Entdeckung des ersten „synthetischen“ Tensids, des „sulfooleinsauren Kalis“

1932: Feinwaschmittel „Fewa“ als erste synthetische wasch-aktive Substanz

Versuch 1: Vergleich von Seife und synthetischen Tensiden

R-CH2-COO –(aq) + H2O R-CH2-COOH(aq) + OH-

(aq)

„Seifenanion“

R-CH2-OSO3-(aq) + H2O R-CH2-OSO3H(aq) + OH-

(aq)

Fettalkoholsulfation

1. pH-Wert

2. Reaktion bei Zugabe von Säure

R-CH2-COO-(aq) + H3O+

(aq) R-CH2-COOH(s) + H2O

„Seifenanion“ Fettsäure

R-CH2-OSO3-(aq) + H3O+

(aq) R-CH2-OSO3H(aq) + H2O

Fettalkoholsulfation Schwefelsäurehalbester

3. Reaktion mit „hartem“ Wasser

2 R-CH2-COO-(aq) + Ca2+

(aq) Ca(R-CH2-COO)2(s)

„Seifenanion“ Kalkseife

2 R-CH2-OSO3-(aq) + Ca2+

(aq) Ca(R-CH2-OSO3)2(aq)

Fettalkoholsulfation

2. Inhaltsstoffe moderner Waschmittel

unter 5% Nichtionische Tenside, Seife, Polycarboxylate, Phosphonate

5 – 15 % Anionische Tenside, Beichmittel auf Sauerstoffbasis

15 – 30 % Zeolithe (SASIL)

außerdem Enzyme, Soda, Optische Aufheller, Parfümöle

2.1 Tenside

Tenside (lat. tensio = Spannung) sind Substanzen mit amphiphilem Molekülaufbau, die die Grenzflächenspannung an Phasengrenzen herabzusetzen vermögen.

Wassertropfen Waschmitteltropfen

COO-

hydrophob hydrophil

Das Tensidmolekül

Tensidklassen (1)

• kationische Tenside

• anionische Tenside

R-CH2-OSO3- Na+

CH3

CH3

CH3

R + Cl-Nz. B. Dodecyltrimethyl-ammoniumchlorid (R = C12H25)

z.B. Fettalkoholsulfat (FAS) (R = C11 – C15)

• amphotere Tenside

• nichtionische Tenside

R-O-(CH2-CH2-O-)nHz.B. Fettalkoholpolyglykol-ether (R = C9 – C19; n = 3 – 15)

CH3

CH3

R N CH2 COO-+z.B. Alkylbetain

Tensidklassen (2)

Versuch 2: Identifizierung der Tensidart mittels DC

• Anionisches Tensid: Vollwaschmittel

• Kationisches Tensid: Weichspüler

• Nichtionisches Tensid: Zuckertensid

• Indikatoren:

Methylorange Methylenblau

+

N

S NCH3

CH3

N

CH3

CH3N N NCH3

CH3

S

O

O

O

Auswertung:

• kationisches Tensid/ Methylorange gelber Fleck

• anionisches Tensid/ Methylenblau blauer Fleck

• nichtionisches Tensid grünlicher Fleck

WS VW ZT

2.2 Gerüststoffe

Versuch 3: Wirkungsweise von Gerüststoffen

[Fe(H2O)6]3+(aq) + 4 SCN-

(aq) [Fe(H2O)2(SCN)4]-(aq) + 2 H2O

[Fe (SCN)4 (H2O)2]-(aq) Waschmittellösung Entfärbung

Versuch 4: Phosphatnachweis12 (NH4)6Mo7O24(aq) + 7 H3PO4(aq) + 51 HNO3(aq)

7 (NH4)3[P(Mo12O40)](s) + 51 NH4NO3 + 36 H2O

Pentanatriumtriphosphat - der älteste Gerüststoff

P OO P O P O

O OO

O OO

5 Na+- -

---

Fe3+ 2 Na+

Das Phosphat-Problem

• von 1960 – 1984 war PNT wichtigster Gerüststoff

• Vorteile:- komplexe Bindung mehrwertiger Metallionen - Wirkungssteigerung der Tenside - alkalische Abpufferung der Waschlauge- toxikologisch unbedenklich

• aber: Eutrophierung der Gewässer!

Das Phosphat-Substitut: SASIL(sodium-aluminium-silicate) 

Si O Al OO

O O

O O

Al OO

O

Si O

O

-

-

Formale Zusammensetzung:

x Na2O . y Al2O3 . 2 SiO2α - Käfig

Wirkungsweise von SASIL

Na+

Na+ Ca2+Ca2++

- Na+ Na+

Si O Al OO

O O

O O

Al OO

O

Si O

O

Si O Al OO

O O

O O

Al OO

O

Si O

O-

-

-

-

Versuch 5: Titrimetrische Gehalts-bestimmung von SASIL

1. Säureaufschluss

Na12[Al12Si12O48] + 48 H3O+

12 Na+ + 12 Al3+ + 12 SiO2 + 72 H2O

2. Komplexierung von Al3+

Al3+ + [H2X]2- + 2 H2O [Al- - -X]- + 2 H3O+

3. Rücktitration mit Zn2+

Zn2+ + [H2X]2- + 2 H2O [Zn- - -X]2- + 2 H3O+

4. Endpunktbestimmung

Zn2+ + 2 H2Dz + 2 H2O [Zn(HDz)2] + 2 H3O+

braun rotviolett

5. Abfangen der Protonen

H3O+ + CH3COO- H2O + CH3COOH

Zn2+

Zink-EDTA-Komplex ([Zn- - -X]2-)S C

N N C6H5

N C6H5

H

N

H

NZn2+

S

NS

Dithizon (H2Dz)

Zink-Dithizon-Komplex ([Zn(HDz)2])

--

2.3 Bleichmittel – „wäscht selbst Buntwäsche blütenweiß“

Versuch 6: Nachweis der Bleichwirkung

B

O O

O O

B

OH

OH

OH

OH

+ 2 H2O 2 H2BO3- + 2 H2O2

H2O2 + OH- HOO- + H2O

HOO- O + OH-

2-Δ

Der Rote-Beete-Farbstoff: Betanin

2.4 Optische Aufheller

weiß

Faser mit optischem Aufheller

UV-Strahlung des Tageslichts

3. Waschmittel in der Schule

„Ein übergeordnetes Erziehungsziel des Unterrichts ist es, die Schülerinnen und Schüler zur Bewältigung zukünftiger Lebenssituationen und zur Teilnahme an demokratischen Entscheidungsprozessen zu befähigen und damit zu mündigen Staatsbürgern zu erziehen. ..................................

.....Dem Chemieunterricht fällt dabei die besondere Aufgabe zu, die materiale Umwelt zu erschließen sowie Verständnis und Kompetenz im Umgang mit alltäglichen Stoffen zu vermitteln.“

Justus von Liebig (1803 – 1873):

„Die Seife ist ein Maßstab für den Wohlstand und die Kultur der Staaten. Es ist gewiss, dass man bei der Vergleichung zweier Staaten bei gleicher Einwohnerzahl denjenigen für den reicheren, wohlhabenderen und kultivierteren erklären kann, welcher am meisten Seife verbraucht.“