洗涤剂的配制与表征
一、实验背景
洗涤剂在工业生产和人们的日常生活中应用非常广泛，其主要组成成分表面活性剂则是物理化学课程学习中一个非常重要的概念。由于洗涤剂和表面活性剂在生产生活中具有重要的作用，作为知识性和生活常识性的物质，需要了解和熟悉，同时，围绕洗涤剂的配制和表征这一实验课题，可以很好地应用到物理化学课程里学到的很多概念和技术，因此，围绕表面活性剂和洗涤剂开设综合与设计性实验有其价值。
二、基本原理
配制洗涤剂时，既要保证所配制产品的性能，同时也要考虑生产成本和制备工艺。洗涤剂的成本主要由所使用原料的价格来决定，而性能则由配方所使用原料的性质及不同组分之间的配合。处理价格因素外，配方原料的选择需综合考虑一下四点：
①从洗涤的角度来看，配制的洗涤剂要具有洗涤、润湿、增溶、起泡和消泡、乳化等作用，以满足去除污垢的作用；
②为使所配制的洗涤剂发挥作用，需要添加一些具有特定性质的组分，来调节洗涤液的酸碱度以及来自于杂质元素的影响；
③为了使所配制的洗涤剂具有好的应用性能，有时还需要通过在洗涤剂中加入特别组分，如使其具有漂白、消毒等作用；
④从环保的角度出发，还要求使所使用的药品具有较好的生物易降解性能。
洗涤剂的主要成分是表面活性剂。表面活性剂分子是具有亲水和亲油基团的两亲分子。在清除固体（包括织物）表面黏附污物的洗涤过程中，可通过一个物理、化学过程，明显降低体系的表面张力，并产生润湿、泡沫、分散、乳化和增溶等一系列作用，最终在其他组分和外界机械搅拌因素的协同作用下，是污垢得以清除。
根据具有功能团的差异，表面活性剂可分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、两亲表面活性剂和特种表面活性剂等几个种类。其中，阴离子型表面活性剂因为在价格、洗涤效果、生物降解性等方面的优势而使用的最为广泛，是现在使用的绝大部分洗涤剂的主要成分。下面给出三个简单的洗涤剂配方[1]。
（1）餐具洗涤剂（100g）
十二烷基苯磺酸钠 10g 脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸钠 5g
脂肪酸聚氧乙烯醚 2g 椰油酸乙二酸酰胺 3g
乙醇 3g 尿素 5g
十二烷基苯磺酸 2g NaOH 2g
十二烷基二甲基氧化铵 1g 三聚磷酸钠 2g
水 65g 香料少量（2）多用洗洁精配方（100g）
十二烷基苯磺酸钠 10g 椰子油酸 3g
粗盐 2g 柠檬酸 1g
三聚磷酸钠 4g NaOH 1g
脂肪酸聚氧乙烯醚 9g 水 70g （3）洗发香波配方（50g）
椰子油酸 3g 椰油酸乙二酸酰胺 2.5g 柠檬酸 0.5g 香精、色素适量
脂肪酸聚氧乙烯醚 9g NaOH 适量
蒸馏水 35g
三、仪器和试剂
仪器：
托盘天平；烧杯；玻璃棒；称量纸；量筒；胶头滴管；电炉；SBDY型数显白度计；
试剂：
十二烷基苯磺酸钠；椰子油酸；粗盐；柠檬酸；NaOH固体；三聚磷酸钠；脂肪酸聚氧乙烯醚；蒸馏水；
四、实验步骤
本实验配制的洗涤剂参照配方（2），即多用洗洁精的配方
1）洗涤剂的配制
①将托盘天平调平后，用称量纸分别称量10g的十二烷基苯磺酸钠、2g 的粗盐、1g
柠檬酸、4g 的三聚磷酸钠，然后转移至200mL烧杯中；
②将烧杯去皮后，分别称量3g椰子油酸，1g氢氧化钠，9g脂肪酸聚氧乙烯醚，同样转
移至上述烧杯中；
③用100mL量筒量取70mL蒸馏水，转移至200mL烧杯；
④用玻璃棒搅拌烧杯内物质，使其尽量溶解；然后将烧杯至于电炉加热，边加热边搅拌，
直至各种物质完全溶解为止。
2）白度值的测定
①接通电源打开在仪器后面的电源开关，预热30min，黑筒放在测量空上用仪器调零电
位器调零，待仪器零位稳定后，取下黑筒，放上标准白度板用仪器校标电位器调整标准白度值；
②仪器校准后取下标准白度板，剪下一小块布条，进行测量，测得其白度值为50.4。
③将白布弄脏，再进行测量，测得其白度值为32.6；
④再取下抹脏后的小布块，用本实验配制好的洗涤剂进行浸泡洗涤，洗涤干净后，烘干
小布块，再进行测量，测得白度值为53.6。
五、讨论与思考
（一）洗涤效果分析：
洗涤剂去污效率（DE）的计算式如下[2]：
式中R
o 为原布条的反射率（白度），R
s
为污布的反射率，
w
R为污布洗涤后的反射率。
由上述实验数据可知， Ro=50.4 ；Rs =32.6 ；Rw=53.6
将各值代入公式可以计算得：
DE= 118.0%
由计算结果可知，实验配制的多用洗洁精的洗涤效果较大，且污布洗涤后更为干净，白度更高。这是因为实验所取用的白布在污染前并非绝对干净，自身带有一定的污垢。经洗涤剂清洗后，原来污垢连同后来加上的污垢一起被洗涤剂洗去，从而使洗涤后白布的白度值变大。因此，可充分说明洗涤剂的去污能力强。同时洗涤时双手直接接触洗涤剂，手感舒适温和，可知该多用洗洁精的碱性适宜，对手的伤害较小。
（二）各种原料的作用
本实验配制的洗涤剂为多用洗洁精，其配方主要有八种成分，分别是：十二烷基苯磺酸钠，椰子油酸，粗盐，柠檬酸，三聚磷酸钠，NaOH，脂肪酸聚氧乙烯醚和水。各成分的作用叙述如下：
①十二烷基苯磺酸钠:为阴离子型表面活性剂，在清除小布块上的固体表面黏附污物的
洗涤过程中，它通过一个物理、化学过程，降低体系的表面张力，并产生润湿、乳化、分散、起泡、增溶等一系列作用[3]；
②椰子油酸：合成表面活性剂的中间体，跟其他表面活性剂有良好的复配性和协同效用。
具有良好的增泡作用，乳化去油效果显着[4]；
③粗盐：作为增稠剂，增强表面活性剂的表面活性作用，促进表面活性剂临界胶束浓度
的降低，促进胶束形成、表面活性的提高，使水的表面张力降低，增加表面活性剂的吸附能力；
④柠檬酸：用柠檬酸或柠檬酸盐类作助洗剂，可改善洗涤产品的性能，可以迅速沉淀金
属离子，防止污染物重新附着在织物上，保持洗涤必要的；使污垢和灰分散和悬浮；
提高的性能，是一种优良的鳌合剂；可用作测试建筑陶瓷瓷砖的耐酸性的试剂；
⑤三聚磷酸钠：三聚磷酸钠具有螯合钙、镁、铁等离子的性质，能软化水。也是洗涤剂
的胶溶剂、乳化剂，对蛋白质有膨润、增溶作用，有明显的解胶效果，对脂肪物质起促进乳化作用，对尘土等固体污垢有分散作用，增强表面活性剂的表面活性，降低临界胶束浓度，起到降低表面活性剂用量和增强去污力的双重作用；同时，也是良好的缓冲剂，所以，即使有酸性污垢存在，三聚磷酸钠也能使洗涤液保持一定的碱度，有利于酸性污垢的除去；它还可以吸收水分防止洗涤剂结块[5]；
⑥氢氧化钠：作为洗涤助剂，调节pH在在碱性范围内，提高洗涤剂去污能力,也与脂肪
酸生成肥皂，有得于油脂乳化，分散达到去污目的；
⑦脂肪酸聚氧乙烯醚：。属非离子表面活性剂，具有优良的去污、乳化、发泡性能和抗
硬水性能，温和的洗涤性质不会损伤皮肤[6]；
⑧水：作为溶剂，能使各组分混合均匀。
【参考文献】
[1][2]何广平等编.物理化学实验.北京:化学工业出版社,2008.
[3]李桂玲. 烷基苯磺酸钠的化学结构、性能及制备工艺分析[J]. 中国洗涤用品工业,2010,02:45-48.
[4]杨凯,李林,胡慧林,赵昌俊,吴萍萍,陈星光. 速溶纯皂粉的研究[J]. 日用化学品科学,2013,02:17-20.
[5]房秀敏. 浅淡三聚磷酸钠[J]. 日用化学工业,1996,03:33-35+38.
[6]刘学鹏,丰杰,徐志成,赵濉,俞稼镛. 以聚氧乙烯醚为连接基的烷基苯磺酸钠Gemini 表面活性剂的合成和表面活性[J]. 石油学报(石油加工),2010,06:883-888.
氢氧化铁胶体的制备及纯化
一、实验目的
胶体；
1)学会制备Fe(OH)
3
2)学会制备半透膜；
3)掌握纯化Fe(OH)
3
胶体的方法。
二、实验原理
Fe(OH)
3
溶胶的制备就是采用化学反应法使生成物呈过饱和状态，然后粒子再结合成
溶胶。通过向沸腾的蒸馏水中逐滴加入适量的FeCl
3
饱和溶液，继续煮沸至溶液呈红褐色，停止加热。反应方程式为：
FeCl
3 + 3H
2
O → Fe(OH)
3
(胶体) + 3HCl （沸水中逐滴加入）
制成的Fe(OH)
3溶胶溶液中常有其它杂质存在,而影响其稳定性,而且制得的Fe(OH)
3
水溶胶冷却时,反应要逆向进行,因此必须纯化。纯化原理：半透膜渗析，只允许离子、
小分子透过。常用的纯化方法是半透膜渗析法。渗析时以半透膜隔开胶体溶液和纯溶剂,胶体溶液中的杂质,如电解质及小分子能透过半透膜,进入溶剂中,而大部分胶粒却不透过. 如果不断换溶剂,则可把胶体中的杂质除去. 要提高渗析速度,可用热渗析或电渗析的方法[1]。
三、仪器与试剂
仪器：
烧杯、玻璃棒、锥形瓶、电炉、量筒、10mL移液管、吹风机；
试剂：
蒸馏水、10%FeCl
3
溶液、火棉胶
四、实验步骤
1)水解法制备Fe(OH)
3
溶胶
量取50mL蒸馏水，置于100mL烧杯中，先煮沸2min，用刻度移液管移取10% FeCl
3
溶液10ml，逐滴加入沸水中，并用不断搅拌，继续煮沸3min，得到棕红色Fe(OH)
3
溶胶；
2)半透膜的制备
1.制备半透膜：选择一个300mL的内壁光滑的锥形瓶，洗涤烘干；
2.向锥形瓶中倒入约20mL火棉胶溶液，小心转动烧瓶，使火棉胶均匀地在瓶内形成
一薄层；
3.用热吹风机加热锥形瓶，让乙醚蒸发，直至用手指轻轻接触火棉胶膜而不粘着为
止；
4.向锥形瓶中加入蒸馏水，浸膜于水中约10min，倒去瓶内的水；再在瓶口剥开一
部分膜，在此膜与玻璃瓶壁间灌水至满，膜即脱离瓶壁，轻轻地取出半透膜，检
查是否有漏洞；
3)胶体的纯化与检验
把水解法制得的溶胶，置于半透膜袋内，用线拴住袋口，置于200mL烧杯中，加100mL 蒸馏水，进行渗析，每半小时换一次水，渗析两次即可；
使用LED手电筒从烧杯中胶体的侧面射过去，可以观察到光亮的通路。
五、思考与讨论
（1）在实验过程中，小组一共进行了两次实验才成功制备了Fe(OH)
3
溶胶。在第一次实
验中，由于FeCl
3
溶液滴加的较慢，当其全部滴加完时，50mL的水蒸发了大半，且由于制备过程中没有用玻璃棒搅拌，得到的胶体颗粒太大，稳定性差，最后烧杯中的溶液里
产生了 Fe(OH)
3沉淀，因此制备Fe(OH)
3
溶胶失败；吸取第一次实验失败的教训，在第二
次制备过程中，组员加快FeCl
3
溶液滴加的速度，约为2~3d/s，同时用玻璃棒轻轻搅拌，最终制成了澄清透明的红褐色溶液。
（2）制备半透膜时，将火棉胶加入锥形瓶后，需沿着瓶壁缓慢向一个方向转动，这样可以制得的半透膜厚薄均匀，且不易产生漏洞。
六、参考文献
[1]何广平，南俊民等编着.物理化学实验.化学工业出版社，2008