1.4.1. Структура мыл

Молекулу мыла, в общем виде, например, натриевого, записывают:

где: R – алифатический насыщенный или ненасыщенный радикал общей формулы: .

Таким образом, молекула мыла состоит из двух разнородных частей:

– на одном конце расположена полярная группа,

которая сообщает мылу гидрофильность и обеспечивает его растворение в воде;

– на другом конце другая часть, расположенная ассиметрично – длинный жирный углеводородный радикал , условно обозначаемый «–R» придающий молекуле мыла «гидрофобность».

Т.е. молекула мыла является дифильным соединением.

В зависимости от температуры и концентраций водный раствор мыла имеет сложный состав.

В сильноразбавленных водных растворах мыла представляют собою истинные растворы, в которых мыло находится в молекулярно-дисперсном состоянии.

При этом оно:

– с одной стороны, диссоциирует электролитически, давая катион (Na⁺ или К⁺) соответствующего металла и одновременно анион (R–COO^–) кислоты;

– с другой стороны, под действием воды, молекула мыла гидролизуется образуя молекулы щелочи и свободной жирной кислоты по схеме:

Образующиеся молекулы жирных кислот с негидролизованными молекулами мыла, за счет сил физического взаимодействия, образуют так называемые «кислые мыла».

Причем, в обоих случаях, процессы носят равновесный характер.

Образовавшиеся кислые мыла, в мыльном водном растворе, практически нерастворимы и распределяются в воде тонкодисперсной суспензии (данный факт фиксируется по помутнению раствора).

В более концентрированных растворах мыл, образующиеся катионы кислот, ассоциируются за счет взаимного притяжения углеводородных радикалов, в то время, как группы –СОО^– взаимно отталкиваются. Это подтверждается обнаруженными ассоциатами сферообразной формы (рис.2,а).

Рис. 2. Схема строения мыльных мицелл

Такие группы заряженных мицелл называют «ионными мицеллами» или «мицеллярными ионнами».

У глеводородные радикалы таких мицелл обращены внутрь сферы; группы,

наружу. Причем, группы –СОО^– гидратированы водой, например:

Рядом с анионами находятся положительно заряженные катионы металла, входящие в состав мыла.

Надо помнить, что во всех случаях, устанавливается динамическое равновесие, как между ионными мицеллами, так и анионами кислот мыла, которое зависит от концентрации мыльного раствора.

Мак Бен (английский ученый) показал, что ионные мицеллы начинают образовываться в мыльных растворах уже при концентрации мыла от 30 до 50 г/л. До таких концентраций, в мыльном растворе, превалируют анионы кислот.

Последующими исследованиями, эти граничные пределы образования мицелльных ионов уточнены концентрацией мыла на уровне от 0,3 до 5 г/л.

В водных мыльных растворах более высокой концентрации, одновременно начинают ассоциироваться и молекулы мыла, образуя сначала пары молекул, связанные и ориентированные за счет сил физического взаимодействия между группами – COONa (в частности, за счет реализации водородных связей) типа:

(рис. 2,б); Затем, такие ассоциаты укрупняются до 3, 4 и т. д. молекул, находясь в динамическом равновесии с обычными и которые, из-за формы изображения, называют «пластинчатыми» мицеллами».

Зачастую, в литературе, пластинчатые мицеллы носят название «нейтральных», хотя они и обладают относительно небольшим электрическим зарядом.

По-видимому, факт обладания такими мицеллами небольшим электрическим зарядом обусловлен тем, что при их формировании, в образовавшуюся мицеллу попадает небольшое количество анионов жирных кислот, поскольку в концентрированных мыльных растворах ионные и пластинчатые мицеллы находятся в динамическом равновесии. Например:

Т.е. в концентрированном мыльном растворе может присутствовать значительное число разных компонентов, находящихся в динамическом равновесии. И это можно изобразить схемой:

Простые ионы (анионы и катионы)	 	Недиссоциированное мыло
		
Ассоциированные катионы (ионные мицеллы)	 	Ассоциированные молекулы мыла

В зависимости от концентрации водного мыльного раствора в нём превалируют:

– в разбавленных водных мыльных растворах – компоненты левой части схемы;

– в слабо концентрированных водных мыльных растворах – любые из изображенных компонентов, в том или ином соотношении;

– в сильно концентрированных водных мыльных растворах – в основном, компоненты изображенные на правой половине схемы.

Необходимо также учитывать, что в слабо концентрированных мыльных растворах возможно наличие некоторого количества «кислых мыл».

Такой многокомпонентный состав водных мыльных растворов обусловливает проявление им типичных свойств «коллоидных» электролитов, наряду с одновременным наличием ассоциатов молекул и ионов больших размеров.

Количественное соотношение составных частей мыльного раствора, находящегося в равновесии, зависит от концентрации и температуры раствора мыла, концентрации остаточного электролита и т. д. и для каждого конкретного значения переменных факторов имеет свое определенное постоянное соотношение.

С повышением концентрации мыльного раствора увеличивается количество и растут размеры пластинчатых мицелл. С повышением температуры раствора, наоборот, имеет место дробление крупных мицелл и рост количества мицелл средних размеров, что обусловлено разрывом слабых межмолекулярных физически взаимодействий в них, за счет подводимой тепловой энергии.

Для каждой жирной кислоты, используемой в рецептуре мыла, существует свой оптимальный состав компонентов в водном растворе (количество и размер мицеллярных ионов и пластинчатых мицелл), который обеспечивает наилучшее моющее действие.