Giải chi tiết chuyên đề Hóa học 11 Cánh diều mới bài 5: Chuyển hóa chất béo thành xà phòng

Mở đầu: Những sản phẩm dưới đây có một tác dụng chung là dùng tẩy rửa. Hãy cho biết đâu là xà phòng?

Hướng dẫn trả lời: 

Sản phẩm (b) là xà phòng.

Sản phẩm (a), (c) là chất giặt rửa tổng hợp.

I. Một số vấn đề về sản xuất xà phòng

Câu hỏi 1: Các muối carboxylate thu được trong quá trình xà phòng hoà dầu mỡ động thực vật có tan trong nước không?

Hướng dẫn trả lời: 

Các muối carboxylate thu được trong quá trình sản xuất xà phòng là muối sodium carboxylate hoặc potassium carboxylate (RCOONa hoặc RCOOK).

Các muối này có đặc điểm: Một đầu là gốc hydrocarbon kị nước (không tan trong nước), còn một đầu là nhóm – COONa hoặc – COOK ưa nước (tan trong nước).

Câu hỏi 2: Tìm hiểu và cho biết những nguyên liệu cần để điều chế xà phòng.

Hướng dẫn trả lời: 

Những nguyên liệu cần để điều chế xà phòng: mỡ động vật (hoặc dầu thực vật), kiềm (sodium hydroxide hoặc potassium hydroxide) và các chất phụ gia.

Vận dụng: Em hãy tìm hiểu các thông số như nhiệt độ nóng chảy, khối lượng riêng, chỉ số xà phòng hoá của một số loại dầu, mỡ thường dùng để sản xuất xà phòng.

Hướng dẫn trả lời: 

- Mỡ cừu: Nhiệt độ nóng chảy 45 $^{\circ}$C – 55 $^{\circ}$C, khối lượng riêng khoảng 0,86 g mL$^{-1}$ đến 0,90 g mL$^{-1}$, chỉ số xà phòng hoá 193 – 198.

- Mỡ bò: Nhiệt độ nóng chảy 45 $^{\circ}$C – 50 $^{\circ}$C, khối lượng riêng khoảng 0,86 g mL$^{-1}$ đến 0,90 g mL$^{-1}$, chỉ số xà phòng hoá 193 – 198.

- Dầu dừa: Nhiệt độ nóng chảy 23 $^{\circ}$C – 26 $^{\circ}$C, khối lượng riêng 0,91 g mL$^{-1}$, chỉ số xà phòng hoá 250 – 260.

Câu hỏi 3: Em hãy tìm hiểu và đề xuất một số chất tạo màu trong tự nhiên có thể được dùng để tạo màu cho xà phòng.

Hướng dẫn trả lời: 

Để tạo màu hồng cho xà phòng có thể thêm vào xà phòng một ít nước ép củ dền; Để tạo màu vàng cho xà phòng có thể thêm vào xà phòng một ít nước cam ép; Để tạo màu nâu cho xà phòng có thể thêm vào xà phòng một ít nước cà phê…

Câu hỏi 4: Hãy cho biết ưu và nhược điểm của quy trình điều chế xà phòng không gia nhiệt.

Hướng dẫn trả lời: 

- Ưu điểm: Dễ đổ khuôn, tạo hình; sản phẩm cuối cùng mịn, đẹp mắt hơn; điều chế ở nhiệt độ thấp nên an toàn hơn khi sản xuất.

- Nhược điểm: Sản phẩm mất từ 4-6 tuần để có thể sử dụng; ngoài ra, cần phải tiến hành khuấy đến khi phản ứng xà phòng hóa xảy ra hoàn toàn.

Câu hỏi 5: Trong phòng thí nghiệm, vì sao người ta thường dùng xoong inox để thực hiện phản ứng xà phòng hoá? Nếu dùng cốc thuỷ tinh hay nồi nhôm có được không? Giải thích.

Hướng dẫn trả lời: 

Nên sử dụng nồi inox để thực hiện phản ứng xà phòng hoá vì kiềm không phản ứng, không ăn mòn thép không gỉ; ngoài ra inox bền với nhiệt.

Không thể dùng cốc thuỷ tinh hay nồi nhôm để thực hiện phản ứng xà phòng hoá vì:

+ Trong quy trình điều chế xà phòng có gia nhiệt, hỗn hợp được đun ở nhiệt độ 65 $^{\circ}$C – 75 $^{\circ}$C có thể làm nứt, vỡ dụng cụ thuỷ tinh.

+ Ngoài ra, kiềm đặc ở nhiệt độ cao có thể ăn mòn thuỷ tinh theo phản ứng:

$2NaOH + SiO_{2} → Na_{2}SiO_{3} + H_{2}O$

+ Kiềm có thể phá huỷ dụng cụ bằng nhôm, theo phản ứng:

$2Al + 2NaOH + 2H_{2}O → 2NaAlO_{2} + 3H_{2}$

$2Al + 2KOH + 2H_{2}O → 2KAlO_{2} + 3H_{2}$.

(hay

$2Al + 2NaOH + 6H_{2}O → 2Na[Al(OH)_{4}] + 3H_{2}$

$2Al + 2KOH + 6H_{2}O → 2K[Al(OH)_{4}] + 3H_{2})$

Câu hỏi 6: Hãy cho biết vai trò của dung dịch NaCl bão hoà trong bước 2 của quy trình điều chế xà phòng có gia nhiệt.

Hướng dẫn trả lời: 

Mục đích của việc thêm dung dịch NaCl bão hoà là để xà phòng tách ra hết khỏi hỗn hợp phản ứng. Vì dung dịch NaCl bão hòa có tỉ khối lớn hơn xà phòng, mặt khác xà phòng không tan trong dung dịch NaCl nên xà phòng sẽ nổi lên.

Câu hỏi 7: Hãy tìm hiểu một số tiêu chí để đánh giá chất lượng xà phòng.

Hướng dẫn trả lời: 

- Màu của bánh xà phòng: tươi, sáng, đồng nhất. Nếu có sử dụng phẩm màu thì cần bền màu, màu không được đậm quá, không được phai trong quá trình sử dụng.

- Mùi của xà phòng: không có mùi hôi, chua của mỡ bị phân huỷ. Nếu có sử dụng hương liệu thì phải có mùi thơm dễ chịu, đặc trưng theo từng loại sản phẩm.

- Kết cấu bánh: cần đáp ứng yêu cầu về độ chắc mịn, không có vết rạn, nứt.

- Xà phòng không còn dư dầu, mỡ chưa bị xà phòng hoá.

- Xà phòng không được quá dư kiềm, giá trị pH < 10.

- Đảm bảo tính an toàn, có khả năng làm sạch và dịu nhẹ với da.

II. Hoạt động trải nghiệm: Thực hành điều chế xà phòng

Đề xuất vấn đề 1: Em hãy nêu vai trò của xà phòng trong cuộc sống.

Hướng dẫn trả lời: 

Vai trò của xà phòng trong cuộc sống: Xà phòng được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày để tẩy rửa, làm sạch các chất bẩn bám trên bề mặt vải, da tay …

Đề xuất vấn đề 2: Em hãy cho biết nguồn nguyên liệu (ở địa phương) có sẵn có thể dùng để sản xuất xà phòng: dầu dừa, dầu cọ, dầu ăn, mỡ động vật, …

Hướng dẫn trả lời: 

Nguồn nguyên liệu ở địa phương em có thể dùng để sản xuất xà phòng là: dầu dừa, mỡ bò.

Xây dựng giả thuyết 1: Theo em nên chọn nguyên liệu gì để sản xuất xà phòng? Vì sao?

Hướng dẫn trả lời: 

Theo em, nên chọn những nguyên liệu có sẵn ở địa phương (dầu dừa, mỡ bò…) để làm xà phòng để tiết kiệm chi phí.

Ngoài ra, có thể tận dụng dầu mỡ thừa để làm xà phòng (tuy nhiên loại xà phòng này có độ tinh khiết không cao nên dùng để rửa đồ dùng, vật dụng).

Xây dựng giả thuyết 2: Trình bày quy trình sản xuất xà phòng (dụng cụ, dung môi, nguyên liệu, thời gian…)

Hướng dẫn trả lời: 

- Nguyên liệu và hoá chất: NaOH khan, dầu dừa, nước.

- Dụng cụ: cân, cốc thuỷ tinh chịu nhiệt 500 mL, cốc thuỷ tinh 250 mL, ống đong, nhiệt kế, khuôn, kính bảo hộ, găng tay.

- Thời gian ra thành phẩm, dự kiến 6 – 7 tuần (với xà phòng không gia nhiệt); 1 – 2 giờ (với xà phòng có gia nhiệt).

Xây dựng giả thuyết 3: Trong các tiêu chí đánh giá sản phẩm ở mục I.5, em có thể sử dụng được những tiêu chí nào để đánh giá sản phẩm? Làm thế nào để đánh giá được các tiêu chí đó?

Hướng dẫn trả lời: 

Các tiêu chí đánh giá sản phẩm:

- Màu sắc: dựa vào quan sát.

- Mùi: dựa vào ngửi, dùng thử.

- Kết cấu bánh xà phòng: dựa vào quan sát, dùng thử.

- Lượng dầu mỡ chưa bị xà phòng hoá: dựa vào dùng thử.

- Giá trị pH: dựa vào thử pH.

- Khả năng làm sạch: dựa vào dùng thử.

Câu hỏi 8:

a) Hãy lựa chọn một quy trình để điều chế xà phòng phù hợp với điều kiện.

b) Xây dựng sơ đồ các bước để thực hiện quy trình điều chế xà phòng: chuẩn bị nguyên liệu, hoá chất, dụng cụ thí nghiệm, cách bố trí thí nghiệm,…

Chú ý: Giá trị chỉ số xà phòng hoá để tính toán lượng NaOH cần dùng.

c) Lập kế hoạch triển khai thí nghiệm điều chế xà phòng.

Hướng dẫn trả lời: 

a) Lựa chọn quy trình điều chế xà phòng không gia nhiệt (phương pháp lạnh).

b) Sơ đồ các bước để thực hiện quy trình điều chế xà phòng không gia nhiệt:

c) Lập kế hoạch triển khai thí nghiệm

- Xác định mục tiêu thí nghiệm.

- Chuẩn bị nguyên liệu, dụng cụ, hoá chất, xây dựng các bước thí nghiệm.

- Tiến hành thí nghiệm theo các bước đã xây dựng.

- Thảo luận, đánh giá kết quả thí nghiệm.

- Kết luận.

Luyện tập 1:

a) Cân, đong hoá chất, quan sát thí nghiệm, ghi chép số liệu.

b) So sánh với tiêu chí sản phẩm. Nếu chưa đạt yêu cầu thì tìm hiểu nguyên nhân, điều chỉnh lượng hoá chất, cách tiến hành thí nghiệm.

Hướng dẫn trả lời: 

a) Học sinh làm thí nghiệm và quan sát, ghi chép.

b) Sản phẩm đạt yêu cầu theo các tiêu chí.

Nếu chưa đạt yêu cầu thì tìm hiểu nguyên nhân (dư kiềm/ dầu mỡ, thao tác không đúng ...), điều chỉnh lượng hoá chất, cách tiến hành thí nghiệm (thao tác chưa đúng, khuấy không đều tay, không đủ thời gian,...).

Luyện tập 2:

a) Trình bày lại quy trình thí nghiệm bằng sơ đồ.

b) Mô tả các bước thực hiện thí nghiệm.

c) Mô tả sản phẩm.

Hướng dẫn trả lời: 

a) Quy trình thí nghiệm bằng sơ đồ:

b) Mô tả các bước thực hiện thí nghiệm:

(*) Quy trình điều chế xà phòng không gia nhiệt (phương pháp lạnh)

- Bước 1: Chuẩn bị các nguyên liệu

Chuẩn bị các nguyên liệu cần thiết và cân, đong nguyên liệu đảm bảo đúng lượng cần thiết. Các nguyên liệu cơ bản cần phải có để làm xà phòng bao gồm chất béo từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật, kiềm và nước.

- Bước 2: Phối trộn các nguyên liệu

Ở bước này, nếu chất béo ở trạng thái đông đặc thì cần làm tan chảy chúng bằng cách đun nóng, sau đó làm nguội các nguyên liệu trở về mức nhiệt khoảng 30 $^{\circ}$C – 35 $^{\circ}$C. Các nguyên liệu được trộn lẫn vào nhau và tiến hành khuấy cho đến khi phản ứng xà phòng hoá xảy ra gần như hoàn toàn, hỗn hợp có độ đậm đặc nhất định tuỳ theo thành phần sử dụng.

Hương liệu và phẩm màu (nếu có) được đưa vào trong giai đoạn này.

- Bước 3: Vào khuôn, định hình và thiết lập kết cấu sản phẩm

Khi hỗn hợp phản ứng đạt đến trạng thái đậm đặc phù hợp, xà phòng được đổ vào khuôn để định hình sản phẩm.

Cần tối thiểu 24 giờ để xà phòng trở nên rắn chắc và có thể gỡ ra khỏi khuôn.

- Bước 4: Bảo quản xà phòng

Sau khi gỡ ra khỏi khuôn, xà phòng được cắt thành từng bánh nhỏ phù hợp với nhu cầu sử dụng thực tế. Tuy nhiên, xà phòng vẫn chưa sử dụng được ngay, mà cần tiếp tục bảo quản ở nơi thoáng mát trong khoảng thời gian 6 – 7 tuần mới đạt đến chất lượng tốt nhất.

(*) Quy trình điều chế xà phòng có gia nhiệt (phương pháp nóng)

- Bước 1: Chuẩn bị các nguyên liệu

Chuẩn bị các nguyên liệu cần thiết và cân, đong nguyên liệu đảm bảo đúng lượng cần thiết. Các nguyên liệu cơ bản cần phải có để làm xà phòng bao gồm chất béo từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật, kiềm và nước.

- Bước 2: Phối trộn các nguyên liệu

Chất béo, kiềm và nước được trộn và khuấy đều cho đến khi quá trình xà phòng hoá diễn ra làm cho hỗn hợp trở lên đậm đặc. Sau đó, hỗn hợp xà phòng được cho vào nồi inox, hỗn hợp được đun ở nhiệt độ 65 $^{\circ}$C đến 75 $^{\circ}$C trong khoảng thời gian 1 giờ. Quá trình xà phòng hoá xảy ra hoàn toàn, hỗn hợp trở nên đặc sệt do nước bốc hơi. Hương liệu và phẩm màu (nếu có) có thể đưa vào trong giai đoạn này. Cuối cùng, có thể thêm dung dịch NaCl bão hoà để xà phòng tách hết ra khỏi hỗn hợp phản ứng.

- Bước 3: Vào khuôn, định hình và thiết lập kết cấu sản phẩm

Sau khi quá trình xà phòng hoá hoàn tất, xà phòng trở nên rắn, được cho vào khuôn rồi để nguội. Xà phòng thu được bằng phương pháp gia nhiệt có thể sử dụng luôn sau khi nấu.

c) Mô tả sản phẩm:

- Màu của bánh xà phòng: tươi, sáng, đồng nhất.

- Mùi của xà phòng: không có mùi hôi, chua của mỡ bị phân huỷ.

- Kết cấu bánh: chắc mịn, không có vết rạn, nứt.

- Xà phòng không còn dư dầu, mỡ chưa bị xà phòng hoá.

- Xà phòng có giá trị pH < 10.

- Đảm bảo tính an toàn, có khả năng làm sạch và dịu nhẹ với da.

Báo cáo kết quả:

Hướng dẫn trả lời: 

Báo cáo thực hành số 1:

BÁO CÁO THỰC HÀNH

ĐIỀU CHẾ XÀ PHÒNG THEO PHƯƠNG PHÁP LẠNH (KHÔNG GIA NHIỆT)

1. Mục tiêu

- Điều chế được xà phòng theo phương pháp lạnh (không gia nhiệt).

2. Nguyên liệu, dụng cụ, hoá chất

- Nguyên liệu và hoá chất: NaOH khan, dầu dừa, nước.

- Dụng cụ: cân, cốc thuỷ tinh chịu nhiệt 500 mL, cốc thuỷ tinh 250 mL, ống đong, nhiệt kế, máy khuấy (có thể dùng máy đánh trứng), khuôn, kính bảo hộ, găng tay.

3. Cách tiến hành

- Bước 1: Chuẩn bị các nguyên liệu

Chuẩn bị các nguyên liệu cần thiết và cân, đong nguyên liệu đảm bảo đúng lượng cần thiết. Các nguyên liệu cơ bản cần phải có để làm xà phòng bao gồm chất béo từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật, kiềm và nước.

- Bước 2: Phối trộn các nguyên liệu

Ở bước này, nếu chất béo ở trạng thái đông đặc thì cần làm tan chảy chúng bằng cách đun nóng, sau đó làm nguội các nguyên liệu trở về mức nhiệt khoảng 30 $^{\circ}$C – 35 $^{\circ}$C. Các nguyên liệu được trộn lẫn vào nhau và tiến hành khuấy cho đến khi phản ứng xà phòng hoá xảy ra gần như hoàn toàn, hỗn hợp có độ đậm đặc nhất định tuỳ theo thành phần sử dụng.

Hương liệu và phẩm màu (nếu có) được đưa vào trong giai đoạn này.

- Bước 3: Vào khuôn, định hình và thiết lập kết cấu sản phẩm

Khi hỗn hợp phản ứng đạt đến trạng thái đậm đặc phù hợp, xà phòng được đổ vào khuôn để định hình sản phẩm.

Cần tối thiểu 24 giờ để xà phòng trở nên rắn chắc và có thể gỡ ra khỏi khuôn.

- Bước 4: Bảo quản xà phòng

Sau khi gỡ ra khỏi khuôn, xà phòng được cắt thành từng bánh nhỏ phù hợp với nhu cầu sử dụng thực tế. Tuy nhiên, xà phòng vẫn chưa sử dụng được ngay, mà cần tiếp tục bảo quản ở nơi thoáng mát trong khoảng thời gian 6 – 7 tuần mới đạt đến chất lượng tốt nhất.

4. Thảo luận đánh giá kết quả

- Màu của bánh xà phòng: tươi, sáng, đồng nhất.

- Mùi của xà phòng: không có mùi hôi, chua của mỡ bị phân huỷ.

- Kết cấu bánh: chắc mịn, không có vết rạn, nứt.

- Xà phòng không còn dư dầu, mỡ chưa bị xà phòng hoá.

- Xà phòng có giá trị pH < 10.

- Đảm bảo tính an toàn, có khả năng làm sạch và dịu nhẹ với da.

5. Kết luận

- Xà phòng đạt yêu cầu.

Báo cáo thực hành số 2:

BÁO CÁO THỰC HÀNH

ĐIỀU CHẾ XÀ PHÒNG THEO PHƯƠNG PHÁP NÓNG (CÓ GIA NHIỆT)

1. Mục tiêu

- Điều chế được xà phòng theo phương pháp nóng (có gia nhiệt).

2. Nguyên liệu, dụng cụ, hoá chất

- Nguyên liệu và hoá chất: NaOH khan, dầu dừa, nước.

- Dụng cụ: cân, cốc thuỷ tinh chịu nhiệt 500 mL, cốc thuỷ tinh 250 mL, nồi nhôm, máy khuấy (có thể dùng máy đánh trứng), ống đong, nhiệt kế, khuôn, kính bảo hộ, găng tay.

3. Cách tiến hành

- Bước 1: Chuẩn bị các nguyên liệu

Chuẩn bị các nguyên liệu cần thiết và cân, đong nguyên liệu đảm bảo đúng lượng cần thiết. Các nguyên liệu cơ bản cần phải có để làm xà phòng bao gồm chất béo từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật, kiềm và nước.

- Bước 2: Phối trộn các nguyên liệu

Chất béo, kiềm và nước được trộn và khuấy đều cho đến khi quá trình xà phòng hoá diễn ra làm cho hỗn hợp trở lên đậm đặc. Sau đó, hỗn hợp xà phòng được cho vào nồi inox, hỗn hợp được đun ở nhiệt độ 65 $^{\circ}$C đến 75 $^{\circ}$C trong khoảng thời gian 1 giờ. Quá trình xà phòng hoá xảy ra hoàn toàn, hỗn hợp trở nên đặc sệt do nước bốc hơi. Hương liệu và phẩm màu (nếu có) có thể đưa vào trong giai đoạn này. Cuối cùng, có thể thêm dung dịch NaCl bão hoà để xà phòng tách hết ra khỏi hỗn hợp phản ứng.

- Bước 3: Vào khuôn, định hình và thiết lập kết cấu sản phẩm

Sau khi quá trình xà phòng hoá hoàn tất, xà phòng trở nên rắn, được cho vào khuôn rồi để nguội. Xà phòng thu được bằng phương pháp gia nhiệt có thể sử dụng luôn sau khi nấu.

4. Thảo luận đánh giá kết quả

- Màu của bánh xà phòng: tươi, sáng, đồng nhất.

- Mùi của xà phòng: không có mùi hôi, chua của mỡ bị phân huỷ.

- Kết cấu bánh: chắc mịn, không có vết rạn, nứt.

- Xà phòng không còn dư dầu, mỡ chưa bị xà phòng hoá.

- Xà phòng có giá trị pH < 10.

- Đảm bảo tính an toàn, có khả năng làm sạch và dịu nhẹ với da.

5. Kết luận

- Xà phòng đạt yêu cầu.

III. Đánh giá

Bài tập

Bài 1: Giới thiệu sản phẩm xà phòng đã tổng hợp đến người thân và bạn bè. Ghi lại những nhận xét của mọi người về sản phẩm.

Hướng dẫn trả lời: 

- Học sinh tự giới thiệu và ghi chép góp ý.

Ví dụ:

- Màu của bánh xà phòng: tươi, sáng, đồng nhất.

- Mùi của xà phòng: không có mùi hôi, chua của mỡ bị phân huỷ.

- Kết cấu bánh: chắc mịn, không có vết rạn, nứt.

- Đảm bảo tính an toàn, có khả năng làm sạch và dịu nhẹ với da…

Bài 2: Tìm hiểu các sản phẩm xà phòng handmade của các nhà sản xuất nổi tiếng. Nêu nhận xét về các sản phẩm này.

Hướng dẫn trả lời: 

Một số nhà thương hiệu xà phòng handmade của Việt Nam:

- Xà bông Cocosavon Việt Nam.

- Xà bông thiên nhiên The Body Shop.

- Xà bông thiên nhiên Ecolife…

Nhận xét sản phẩm: Mùi hương dễ chịu, an toàn cho da…