Xà phòng và chất giặt rửa
Nêu thành phần xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp, giải thích cơ chế giặt rửa (đầu ưa nước – đuôi kị nước, mixen) và vì sao xà phòng mất tác dụng trong nước cứng; tính khối lượng xà phòng theo hiệu suất, rồi ôn cả chương 1: ester, chất béo, xà phòng hoá, bài chuỗi nhiều bước.
Ứng với SGK Hoá học 12 (bộ thống nhất): Bài 2
⚡ Nhớ nhanh
- 1Xà phòng là muối sodium (hoặc potassium) của acid béo, như C₁₇H₃₅COONa (M = 306). Chất giặt rửa tổng hợp không phải muối acid béo, sản xuất từ dầu mỏ, như C₁₂H₂₅OSO₃Na.
- 2Phân tử có đầu ưa nước mang điện (–COO⁻, –OSO₃⁻) và đuôi kị nước là gốc hydrocarbon dài. Đuôi cắm vào dầu, đầu quay ra nước, bọc giọt dầu thành mixen tích điện âm đẩy nhau nên lơ lửng rồi trôi đi (dầu không tan, chỉ bị chia nhỏ).
- 3Điều chế: (RCOO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3RCOONa + C₃H₅(OH)₃ (đun nóng); thêm NaCl bão hoà thì xà phòng tách ra và nổi lên.
- 4Nước cứng: 2RCOO⁻ + Ca²⁺ → (RCOO)₂Ca↓ — xà phòng tốn và bám cặn lên vải. Muối Ca, Mg của chất giặt rửa tổng hợp tan nên không bị.
- 5Ôn chương 1: ester hoá thuận nghịch, thuỷ phân acid thuận nghịch, thuỷ phân kiềm một chiều; chất béo + 3NaOH → 3 muối + glycerol; chuỗi nhiều bước thì nhân các hiệu suất.
- 6Bẫy: n(muối) = 3n(chất béo), không phải bằng; 1 Ca²⁺ kết tủa 2 gốc RCOO⁻.
👀 Nhìn là hiểu
Kéo lượng chất giặt rửa và số ion Ca²⁺: đủ 16 phân tử thì dầu được bọc kín thành mixen và bong khỏi vải; xà phòng bị Ca²⁺ kết tủa, chất giặt rửa tổng hợp thì không. Tab Thí nghiệm có xà phòng hoá + NaCl, bọt theo Ca²⁺ và máy tính xà phòng hoá (tổng hợp chương 1); tab Đoán trước có 4 cái bẫy.
2C₁₇H₃₅COO⁻ + Ca²⁺ → (C₁₇H₃₅COO)₂Ca↓ (kết tủa trắng)
Kéo thả tự do, xem số và đồ thị chạy theo.
Xà phòng C₁₇H₃₅COONa (M = 306): đuôi C₁₇H₃₅– (M 239, 78 %) kị nước cắm vào giọt dầu, đầu COO⁻ ưa nước quay ra. 16 phân tử bọc kín thành hạt mixen tích điện âm, các hạt đẩy nhau nên bong khỏi vải và lơ lửng rồi trôi theo nước.
1 🧼 Xà phòng: thành phần và cơ chế giặt rửa
Cần nhớ
- ✦Xà phòng là muối sodium hoặc potassium của acid béo, ví dụ C₁₇H₃₅COONa (sodium stearate), C₁₅H₃₁COONa (sodium palmitate). Xà phòng thường là hỗn hợp các muối như vậy.
- ✦Chất giặt rửa tổng hợp không phải muối của acid béo, được tổng hợp từ dầu mỏ, ví dụ sodium dodecyl sulfate C₁₂H₂₅OSO₃Na hoặc sodium dodecylbenzenesulfonate.
- ✦Cả hai có phân tử gồm đầu ưa nước mang điện (–COO⁻Na⁺, –OSO₃⁻Na⁺) và đuôi kị nước (gốc hydrocarbon dài, không cực).
- ✦Cơ chế: nước (có cực) không bọc được dầu (không cực). Đuôi kị nước cắm vào giọt dầu, đầu ưa nước quay ra nước, bọc kín thành hạt mixen mang điện âm; các hạt cùng dấu đẩy nhau nên không nhập lại, lơ lửng và trôi theo nước. Dầu không tan, chỉ bị chia nhỏ và giữ lơ lửng.
Dạng bài
Xác định phần ưa nước, kị nước và tính M
- 1 Viết công thức, tách đuôi hydrocarbon (kị nước) và đầu mang điện (ưa nước).
- 2 Tính M theo khối lượng nguyên tử (C 12, H 1, O 16, Na 23).
- 3 % khối lượng đuôi = M(đuôi)/M của cả phân tử.
- 4 Thử lại: M(đuôi) + M(đầu) = M, hoặc đếm lại số nguyên tố cả phân tử.
⚠️ Bẫy hay gặp: Nói xà phòng "hoà tan" dầu mỡ: dầu vẫn là giọt riêng bị bọc trong mixen. Hoặc cho rằng Na⁺ làm nhiệm vụ giặt rửa, trong khi phần hoạt động là gốc RCOO⁻.
Sodium stearate C₁₇H₃₅COONa là thành phần chính của xà phòng. Chỉ ra phần ưa nước, phần kị nước, tính M và tỉ lệ khối lượng của đuôi.
Hướng dẫn giải
2 🏭 Điều chế xà phòng
Cần nhớ
- ✦Xà phòng hoá chất béo: (RCOO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3RCOONa + C₃H₅(OH)₃ (đun nóng). Ethanol giúp dầu mỡ và dung dịch NaOH hoà vào nhau, phản ứng nhanh hơn.
- ✦Thí nghiệm SGK: mỡ hoặc dầu ăn + NaOH 40 % + ethanol, đun 8–10 phút, để nguội rồi thêm dung dịch NaCl bão hoà. *Chỉ làm trong phòng thí nghiệm, có giáo viên hướng dẫn.*
- ✦Ion Na⁺, Cl⁻ làm giảm độ tan của xà phòng nên xà phòng tách ra và nổi lên; glycerol và NaCl ở lại dưới. Lọc lấy lớp nổi rồi ép khuôn.
- ✦Có thể thuỷ phân chất béo thành acid béo rồi trung hoà bằng NaOH hoặc Na₂CO₃ cũng thu được xà phòng.
Dạng bài
Tính khối lượng xà phòng từ chất béo (có hiệu suất)
- 1 Đổi ra mol chất béo (chú ý đơn vị kg thì ra kmol hoặc đổi ra g).
- 2 n(muối) = 3 · n(chất béo); m lí thuyết = n · M(muối).
- 3 m thực tế = m lí thuyết · H.
- 4 Kiểm tra bảo toàn khối lượng khi H = 100 %: m(chất béo) + m(NaOH) = m(xà phòng) + m(glycerol).
⚠️ Bẫy hay gặp: Lấy n(muối) = n(chất béo) = 100 mol ⇒ 30,6 kg (quên tỉ lệ 1 : 3); hoặc nhân hiệu suất hai lần: 91,8 · 0,9 · 0,9 ≈ 74,36 kg.
Xà phòng hoá 89 kg tristearin (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅ (M = 890) bằng NaOH, hiệu suất 90 %. Tính khối lượng sodium stearate thu được.
Hướng dẫn giải
3 🫧 Chất giặt rửa tổng hợp và nước cứng
Cần nhớ
- ✦Nước cứng chứa nhiều Ca²⁺, Mg²⁺. Xà phòng tạo kết tủa: 2RCOO⁻ + Ca²⁺ → (RCOO)₂Ca↓ — vừa tốn xà phòng vừa để kết tủa bám lên vải nên giặt không sạch.
- ✦Chất giặt rửa tổng hợp có gốc sulfate hoặc sulfonate; muối calcium, magnesium của chúng tan trong nước nên dùng được trong nước cứng.
- ✦Khác biệt do gốc acid, không phải ion Na⁺ (cả hai loại đều là muối sodium).
- ✦Xà phòng dễ phân huỷ sinh học, làm từ nguyên liệu tái tạo. Chất giặt rửa tổng hợp mạch nhánh khó phân huỷ, gây bọt và ô nhiễm nguồn nước nên ngày nay dùng loại mạch thẳng.
Xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp
| Tiêu chí | Xà phòng | Chất giặt rửa tổng hợp |
|---|---|---|
| Bản chất | Muối Na/K của acid béo | Muối sulfate, sulfonate… |
| Nguyên liệu | Chất béo (tái tạo được) | Dầu mỏ |
| Trong nước cứng | Kết tủa, mất tác dụng | Vẫn giặt tốt |
| Phân huỷ sinh học | Dễ | Loại mạch nhánh khó |
Dạng bài
Tính xà phòng bị tiêu tốn trong nước cứng
- 1 Đổi ra mol Ca²⁺ (hoặc Mg²⁺).
- 2 n(RCOO⁻ mất) = 2 · n(Ca²⁺) vì 2RCOO⁻ + Ca²⁺ → (RCOO)₂Ca.
- 3 m(xà phòng mất) = n · M(RCOONa).
- 4 Kiểm tra bảo toàn điện tích (2 · 1− = 1 · 2+) và bảo toàn khối lượng.
⚠️ Bẫy hay gặp: Lấy n(xà phòng) = n(Ca²⁺) = 0,4 mol ⇒ 122,4 g, thiếu một nửa vì quên điện tích 2+ của Ca²⁺ cần 2 gốc RCOO⁻.
100 L nước cứng chứa 0,4 mol Ca²⁺. Dùng xà phòng sodium stearate C₁₇H₃₅COONa (M = 306) để kết tủa hết Ca²⁺ thì mất bao nhiêu gam xà phòng?
Hướng dẫn giải
4 🔁 Ôn chương 1: Ester – Lipid – Xà phòng
Bản đồ phản ứng của chương 1
| Chất | Phản ứng | Sản phẩm |
|---|---|---|
| Acid + alcohol | Ester hoá (H₂SO₄ đặc, t°), thuận nghịch | Ester + H₂O |
| Ester | Thuỷ phân trong acid, thuận nghịch | Acid + alcohol |
| Ester | Xà phòng hoá bằng NaOH, một chiều | Muối + alcohol |
| Chất béo (trieste) | Xà phòng hoá, 1 : 3 NaOH | 3 muối (xà phòng) + glycerol |
| Chất béo không no | Hydro hoá (Ni, t°) | Chất béo no, rắn |
| Xà phòng + Ca²⁺ | Tạo kết tủa, 2 : 1 | (RCOO)₂Ca↓ |
Dạng bài
Giải bài chuỗi nhiều bước (nhân hiệu suất)
- 1 Viết sơ đồ chất và ghi hệ số mol từng bước.
- 2 Đổi ra mol chất đầu.
- 3 Nhân tỉ lệ mol và hiệu suất từng bước (H tổng = H₁ · H₂ …).
- 4 Thử lại: dùng H tổng một lần cho cùng đáp số; khối lượng thực không vượt lí thuyết.
⚠️ Bẫy hay gặp: Quên hiệu suất bước 1: 30 · 0,8 = 24 mol ⇒ 6,82 kg, lớn hơn đáp số đúng khoảng 0,68 kg.
Xà phòng hoá 8,9 kg tristearin bằng NaOH (H = 90 %) thu sodium stearate, rồi cho tác dụng với HCl (H = 80 %) thu stearic acid C₁₇H₃₅COOH (M = 284). Tính khối lượng stearic acid.
Hướng dẫn giải
5 🧽 Hoá học quanh ta
- ✦🧼 Rửa tay bằng xà phòng kéo dầu nhờn và vi sinh vật bám trên da vào mixen rồi trôi theo nước; với virus có vỏ lipid, xà phòng còn phá được lớp vỏ ấy.
- ✦🧺 Giặt ở vùng nước cứng (nhiều đá vôi) tốn xà phòng, quần áo dễ ngả xám và cứng do cặn canxi; bột giặt tổng hợp ít gặp vấn đề này.
- ✦🌊 Bọt trắng trên sông, hồ từng xuất hiện vì chất giặt rửa mạch nhánh khó phân huỷ; nay người ta dùng loại mạch thẳng dễ phân huỷ hơn.
- ✦🥥 Xà phòng thủ công từ dầu dừa, dầu ô liu vẫn là xà phòng hoá bằng NaOH. NaOH đặc ăn da nên chỉ làm trong điều kiện có hướng dẫn; đừng tự pha trộn hoá chất ở nhà.
6 💡 Mẹo làm nhanh và lỗi hay sai
⚡ Mẹo làm nhanh trắc nghiệm
- ✦Xà phòng = RCOONa (muối acid béo); chất giặt rửa tổng hợp = muối sulfate / sulfonate. Đề nói "kết tủa với Ca²⁺" thì là xà phòng.
- ✦Xà phòng hoá chất béo: n(muối) = 3n(chất béo), n(glycerol) = n(chất béo).
- ✦Bài chuỗi: nhân tất cả hiệu suất một lần (H tổng = H₁ · H₂).
- ✦Thêm NaCl bão hoà rồi thấy chất rắn nổi lên là xà phòng.
⚠️ Lỗi hay sai nhất
- ✦Quên tỉ lệ 1 : 3: 100 mol tristearin cho 300 mol muối (91,8 kg), không phải 100 mol (30,6 kg).
- ✦Quên hệ số 2 khi Ca²⁺ kết tủa xà phòng: 0,4 mol Ca²⁺ làm mất 0,8 mol (244,8 g), không phải 0,4 mol.
- ✦Nhân hiệu suất hai lần cho cùng một bước: 91,8 · 0,9 · 0,9 ≈ 74,36 kg thay vì 82,62 kg.
- ✦Cho rằng xà phòng hoà tan dầu: dầu bị bọc thành mixen chứ không tan.
- ✦Tưởng chất giặt rửa tổng hợp là muối của acid béo: nó điều chế từ dầu mỏ.
- ✦Cho m(xà phòng) = m(chất béo) + m(NaOH): phải trừ glycerol (17,8 + 2,4 − 1,84 = 18,36 g).
⚖️ Kiểm tra bảo toàn
- ✦Khối lượng: chất béo + NaOH = xà phòng + glycerol (89 + 12 = 91,8 + 9,2 kg ✓).
- ✦Điện tích: 2RCOO⁻ + Ca²⁺ → (RCOO)₂Ca: (−2) + (+2) = 0 ✓.
- ✦Chuỗi: n sản phẩm cuối = n đầu · hệ số · H₁ · H₂, kiểm bằng H tổng.
- ✦Hiệu suất ≤ 100 %, khối lượng thực tế ≤ lí thuyết.
✏️ Luyện tập
Làm xong mỗi nhóm bấm Kiểm tra. Câu sai có lời giải ngắn và nút quay lại phần kiến thức.
Xà phòng và cơ chế giặt rửa
- 1Nhận biết
Xà phòng thường là
- 2Nhận biết
Trong phân tử xà phòng C₁₇H₃₅COONa, phần kị nước là
- 3Thông hiểu
Vì sao xà phòng làm sạch được vết dầu mỡ trên vải?
Điều chế xà phòng
- 1Thông hiểu
Sau khi đun chất béo với dung dịch NaOH, người ta thêm dung dịch NaCl bão hoà vào hỗn hợp để
- 2Thông hiểu Xà phòng hoá hoàn toàn 80,6 g tripalmitin (C₁₅H₃₁COO)₃C₃H₅ (M = 806) bằng NaOH dư thu được g sodium palmitate C₁₅H₃₁COONa (M = 278).
- 3Vận dụng
Xà phòng hoá 89 kg tristearin (M = 890) bằng NaOH dư, hiệu suất 90 %. Khối lượng sodium stearate C₁₇H₃₅COONa (M = 306) thu được là
- 4Vận dụng Để thu được 91,2 g sodium oleate C₁₇H₃₃COONa (M = 304) cần xà phòng hoá hoàn toàn g triolein (M = 884), coi hiệu suất 100 %.
Chất giặt rửa tổng hợp và nước cứng
- 1Nhận biết
Chất nào sau đây là chất giặt rửa tổng hợp?
- 2Thông hiểu
Xà phòng giặt kém trong nước cứng vì
- 3Thông hiểu
Phát biểu nào sau đây đúng?
- 4Vận dụng Nước cứng chứa 0,05 mol Mg²⁺. Khối lượng sodium stearate C₁₇H₃₅COONa (M = 306) tối thiểu để kết tủa hết Mg²⁺ là g.
Thí nghiệm và số liệu
- 1Thông hiểu
Thêm V mL dung dịch CaCl₂ 0,1 M vào 10 mL dung dịch xà phòng 0,1 M, lắc đều rồi đo chiều cao bọt sau khi ổn định: Nhận xét nào đúng?
- 2Thông hiểu Trong thí nghiệm trên (10 mL xà phòng 0,1 M, tức 1,0 mmol), thêm 3 mL CaCl₂ 0,1 M thì lượng xà phòng còn lại là mmol.
- 3Thông hiểu
Sau khi xà phòng hoá hoàn toàn dầu ăn, thêm V mL dung dịch NaCl bão hoà rồi đọc chiều cao lớp xà phòng nổi: Nhận xét nào đúng?
Ôn chương 1
- 1Vận dụng
Xà phòng hoá hoàn toàn 17,6 g ester đơn chức X (CTPT C₄H₈O₂) bằng 200 mL dung dịch NaOH 1 M, cô cạn dung dịch được 16,4 g muối khan (NaOH vừa đủ). X là
- 2Thông hiểu
Phát biểu nào sau đây đúng?
- 3Vận dụng Xà phòng hoá 17,8 kg tristearin (M = 890) bằng NaOH, hiệu suất 80 %. Khối lượng sodium stearate (M = 306) thu được là kg (làm tròn đến hàng phần mười).
- 4Thông hiểu
Hydro hoá hoàn toàn 1 mol chất béo X chứa hai gốc oleic và một gốc linoleic cần bao nhiêu mol H₂?
- 5Thông hiểu
Đun 5 g mỡ lợn với 10 mL dung dịch NaOH 40 % và 5 mL ethanol trong 8–10 phút, để nguội rồi thêm 10 mL dung dịch NaCl bão hoà. Phát biểu nào đúng?
- 6Vận dụng
Cần ít nhất bao nhiêu gam C₁₇H₃₅COONa (M = 306) để kết tủa hết 0,2 mol Ca²⁺ trong nước cứng?
🏆 Luyện theo dạng đề tốt nghiệp
Đề Hoá học có 3 phần: 18 câu 4 lựa chọn, 4 câu đúng/sai (mỗi câu 4 ý) và 6 câu trả lời ngắn (đáp số tối đa 4 ký tự, kể cả dấu − và dấu phẩy). Dưới đây là đủ 3 dạng, chỉ dùng kiến thức của bài này.
Phần I · Trắc nghiệm 4 lựa chọn
- 1Thông hiểu
Muối nào sau đây là thành phần chính của xà phòng?
- 2Thông hiểu
Phát biểu nào sau đây sai?
- 3Vận dụng
Xà phòng hoá hoàn toàn 8,84 g triolein (M = 884) bằng NaOH vừa đủ. Khối lượng sodium oleate C₁₇H₃₃COONa (M = 304) thu được là
Phần II · Đúng / sai
- 1Thông hiểu
Thí nghiệm điều chế xà phòng: (1) Cho 2 g mỡ lợn, 4 mL dung dịch NaOH 40 % và 4 mL ethanol vào bát sứ. (2) Đun hỗn hợp 8–10 phút, khuấy liên tục. (3) Để nguội, rót thêm 10 mL dung dịch NaCl bão hoà, khuấy nhẹ. Hiện tượng: có lớp chất rắn màu trắng nổi lên trên.
a)Ethanol giúp mỡ và dung dịch NaOH hoà vào nhau nên phản ứng xảy ra nhanh hơn.
b)Thêm dung dịch NaCl bão hoà để trung hoà NaOH còn dư.
c)Lớp chất rắn trắng nổi lên là xà phòng, còn glycerol nằm trong dung dịch phía dưới.
d)Nếu thay NaOH bằng dung dịch H₂SO₄ loãng thì cũng thu được xà phòng.
- 2Vận dụng
Nước cứng chứa 0,4 mol Ca²⁺. Người ta giặt bằng xà phòng sodium stearate C₁₇H₃₅COONa (M = 306).
a)Xà phòng tạo kết tủa (C₁₇H₃₅COO)₂Ca với Ca²⁺.
b)Cần 0,4 mol C₁₇H₃₅COONa để kết tủa hết Ca²⁺.
c)Khối lượng sodium stearate bị tiêu tốn để kết tủa hết Ca²⁺ là 244,8 g.
d)Nếu dùng sodium dodecyl sulfate C₁₂H₂₅OSO₃Na thì cũng tạo kết tủa với Ca²⁺ và mất tác dụng giặt.
Phần III · Trả lời ngắn
- 1Thông hiểu Cho các chất: C₁₇H₃₅COONa, C₁₂H₂₅OSO₃Na, C₁₅H₃₁COOK, CH₃COONa, C₁₇H₃₃COONa, (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅. Số chất là thành phần của xà phòng (muối sodium hoặc potassium của acid béo) là bao nhiêu? Đáp số:
- 2Vận dụng Từ 89 kg tristearin (M = 890), hiệu suất 80 %, thu được bao nhiêu kg sodium stearate (M = 306), làm tròn đến hàng phần mười? Đáp số:
- 3Vận dụng Chất béo Y gồm một gốc palmitic, một gốc oleic và một gốc linoleic. Tổng số mol NaOH (xà phòng hoá hoàn toàn) và H₂ (hydro hoá hoàn toàn) cần cho 0,2 mol Y là bao nhiêu mol? Đáp số:
🎯 Bài này vào đề tốt nghiệp ở đâu?
- •Phần I thường hỏi thành phần xà phòng và chất giặt rửa tổng hợp, cơ chế đầu ưa nước – đuôi kị nước (mixen), vì sao xà phòng mất tác dụng trong nước cứng.
- •Phần II hay có thí nghiệm nấu xà phòng (NaOH, ethanol, NaCl bão hoà): hỏi vai trò từng chất, hiện tượng; có thể kèm ý tính khối lượng xà phòng hoặc lượng xà phòng mất trong nước cứng.
- •Phần III có thể hỏi đếm số chất là thành phần xà phòng, khối lượng xà phòng theo hiệu suất, hoặc bài chuỗi ester – chất béo nhiều bước của cả chương 1.
Giới thiệu về carbohydrate. Glucose và fructose