Optiska Vitmedel

Tillhör kategori: vardagens kemi

Författare: Anna Nyberg

Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment

Tid för förberedelse: 10 minuter

Tid för genomförande: 10 minuter

Antal tillfällen: 1

Säkerhetsfaktor: Ofarligt

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

Nästan alla vita textilfibrer har även när de är helt rena en gulaktig färgton. Det kan bero på att själva fibern inte är helt vit men också på att en del restsubstanser finns med. För att "neutralisera" den gula färgtonen kan man behandla textilmaterial med optiska vitmedel (fluorescerande vitmedel). Sådana ingår därför ofta i tvättmedel.

Riktlinjer

Laborationen utförs lämpligen som elevförsök i grundskolans senare årskurser.

Säkerhet

Då all laborationsmateriel är ofarlig är det bara att spola ner resterna från experimentet i slasken.

Materiel

Förarbete

Koka ägg i 10 minuter.

Utförande

  1. Fyll ett provrör till hälften med etanol, alternativt T-sprit.
  2. Tillsätt en sked tvättmedel till etanolen.
  3. Sätt på en kork och skaka.
  4. Gör i ordning en filtrertratt med ett filtrerpapper i. Sätt filtreranordningen på ytterligare ett provrör.
  5. Häll tvättmedelslösningen i filtrertratten. Filtratet (det som rinner ignom filtrerpapperet) kommer att innehålla dels tensider och dels eventuella optiska vitmedel.
  6. Betrakta provröret i solljus (eller UV-lampa).
  7. Gör försöket med flera olika tvättmedel (dels vittvättmedel och dels color).

Variation

Skär bitar av hårdkokt äggvita och lägg dem i en lösning av ett enzymtvättmedel. Låt stå. Som jämförelse läggs några bitar äggvita i vatten.

Förklaring

Vid jämförelse mellan två olika tvättmedel, ett med optiskt vitmedel (så kallat vittvättmedel) och ett utan optiskt vitmedel (så kallat colortvättmedel), ser man tydligt att tvättmedlet som innehåller optiskt vitmedel lyser blått under UV-ljus medan det andra tvättmedlet förblir genomskinligt. Detta kan förklaras med att vitmedlet belyses så att en exciterad molekyl bildas. Lyser man sedan med UV-ljus så fluorescerar den i blått, vita textilier ser "mer vita" ut.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

De optiska vitmedlens effekt bygger på att de skall belysas så att en exciterad molekyl bildas. Vid belysning med UV-ljus (solljus) fluorescerar den i blått- "det blå ämnet". Föremål förefaller mer lysande och klara i färgerna.

Ordentligt tvättad och blekt vittvätt har egentligen en svagt gul ton. Av den här anledningen började människor redan i mitten på 1900-talet behandla tvätten med en aning blå färg. Färgen blev modifierad något och en mer intensiv känsla av vitt uppstod.

Moderna tvättmedel innehåller fluorescerande vitmedel, optiska vitmedel, för att uppnå samma fenomen. Fluorescerande vitmedel är organiska beståndsdelar som omvandlar en liten bit av den synliga ultravioletta strålningen i solljuset till längre våglängder där det blå ljuset befinner sig. Det är väl känt att den gula tonen av nyligen tvättad och blekt tvätt är ett resultat av ofullständig absorption av den blå strålningen som når den. Detta resulterar i reflekterat ljus som är otillräckligt i det blå området av spektrat. Den strålning som sänds ut av vitmedlet kompenserar för denna otillräcklighet så tvätten ser ut att vara vitare.

Processen som kompenserar för skillnaderna i gul och blå strålning skiljer sig från behandlingen med blått färgmedel. Den sistnämda för med sig mindre absorption av gult ljus, vilket för med sig en reduktion i ljushet.

Det finns gränser för hur mycket fluorescerande vitmedel kan göra tvätten vitare. Det är på grund av att dessa medel är färger själva. Fluorescerande vitmedel uppvisar en säker mängd reflektion i den synliga delen, förutom utstrålningen. Alltså, vilken anhopning eller ökning av fluorescerande vitmedel på fibrerna som slutligen kommer att bli synlig. Dessutom kommer absorptionsgraden att variera i den synliga delen av spektrat. Detta leder till att utstrålningen sker vid en högre våglängd. Dessa faktorer kan arbeta i kombination med den naturliga färgen från fabriken och slutligen resultera i en synlig blekning.

Fluorescerande vitmedel kan delas upp i följande kategorier, beroende på deras användbarhet i tvättmedel:

Den huvudsakliga kommersiella produkten är baserad på fem enkla, strukturella stommar: stilben, difenylstilben, kumarin-kinolin, difenylpyrazolin, och kombinationen av bensoxazol eller bensimidazol med konjugerade system. Tabell 1 visar en översikt över de viktigaste fallen.

Tabell 1. Summering av de viktigaste fluorescerande vitmedlen.

trans-stilbentrans-Stilbene
difenylstilben 
coumarine-quinolineCoumarin-Quinoline
difenylpyrazolin 
bensoxazolBenzoxazole
bensimidazolBenzimidazole

Tillsättandet av fluorescerande vitmedel i tvättlösningen är huvudsakligen en färgningsprocess. I fallet med bomull och klorresistent fluorescerande vitmedel uppstår bindningen som vätebindningar till fibrerna. Hartsbehandlad bomull är mindre mottaglig för vitmedel.

Fluorescerande vitmedel är uppskattade för sin stabilitet och noggrannhet. Med stabilitet menas deras motståndskraft mot kemisk förändring under tvättprocessen. Med noggrannhet menas deras kemiska motstånd efter absorptionen.

Så gott som alla tvättmedel på marknaden innehåller för närvarande fluorescerande vitmedel. Dessa kan dock orsaka icke önskvärda färgförändringar på färgade kläder, därför finns speciella tvättmedel som inte innehåller fluorescerande vitmedel (ofta märkta med color).

Fördjupning

Elektromagnetisk strålning

Elektromagnetisk strålning består av fotoner, energipaket utan massa som rör sig med ljusets hastighet. Fotonens energi är oförändrad så länge som den inte kan utbyta energi med någon partikel eller annan foton som den kolliderar med.

Fotonen har både partikelegenskaper och vågrörelseegenskaper.

Fotonens energi

Fotonens energi har ett direkt samband med ljusets våglängd:

E = hc/l, där

E = energi
h = Plancks konstant = 6.626070040×10−34 J·s = 4.135667662×10−15 eV·s
c = ljusets hastighet i vacuum = 299792458 m/s
l = ljusvåglängden

Om man sätter in värdet på Plancks konstant och ljushastigheten blir uttrycket

E(eV) = 1,2398/l(mm)

mer material på grundnivå kommer

material på avancerad nivå kommer

Tvätt och rengöring

Smuts innehåller ofta feta ämnen, var sig det är matrester på tallriken eller fläckar på kläderna. Fetter har mycket låg löslighet i vatten. Det är därför svårt att få rent genom att bara tvätta i vatten.

Men om man tillsätter disk- eller tvättmedel, så blir det stor skillnad. Det finns flera namn för denna typ av ämnen:

amfifil = ämne med en hydrofil och en hydrofob del
detergent = ämne som rengör
tensid = ämne som sänker ytspänningen
ytaktivt ämne eller surfaktant = ämne som lägger sig i fasgränsytor

Disk- och tvättmedelsmolekyler är amfifiler


Detergentmolekylerna bäddar in fettpartiklar så att de får en hydrofil yta. Då blir de "vattenlösliga" och kan sköljas bort.
Bild: Svante Åberg

Gemensamt för sådana molekyler är att de dels har en hydrofob (vattenskyende) del, ofta i form av en kolvätekedja, dels en hydrofil (vattenälskande) grupp i andra änden. Den hydrofoba svansen är fettlöslig samtidigt om det hydrofila huvudet är vattenlösligt.

Amfifilen är ytaktiv

Detergenten sätter sig spontant i gränsskiktet mellan fett och vatten. Då hamnar den fettlösliga delen i det opolära fettet samtidigt om den vattenlösliga delen har kontakt med det polära vattnet.

Det leder till att fettpartiklar bäddas in i ett lager av amfifilen där molekylernas polära huvuden pekar ut mot vattenlösningen.

Amfifilen gör fettpartiklarna "vattenlösliga"


En dispersion (emulsion) av fettpartiklar i vatten stabiliseras av emulgeringsmedlet, som är ett ytaktivt ämne.
Bild: Svante Åberg

Inbäddade fettpartiklar med en hydrofil yta kan börja sväva i vattenlösningen. Det handlar inte om äkta löslighet eftersom blandningen inte är på molekylnivå, utan med större partiklar. Varje fettpartikel utgör en egen fas skild från vattenfasen.

En sådan blandning av olösliga partiklar i en vätska kallas dispersion. Ett annat namn är emulsion. Vid tvättprocessen är fettpartiklarna små droppar medan vattenlösningen är en kontinuerlig fas som omger fettpartiklarna.

Mekanisk bearbetning underlättar tvättprocessen

Det krävs att fettpartiklarna är små för att man ska få en dispersion. Mekanisk bearbetning slår sönder fettet i mindre delar. Då kommer amfifilmolekylerna åt att bädda in fettpartiklarna.

Fyra typer av detergenter

Detergenter är amfifiler med en opolär del och en polär.

Den opolära "svansen" är alltid ett kolväte, eller möjligen ett par kolvätekedjor. Kolväten är typiskt opolära ämnen som skyr vatten. Ju längre kolvätet är, desto mer opolära egenskaper får molekylen som helhet. Vanligtvis är kolvätekedjan ganska lång.


Klasser av ytaktiva ämnen: icke-joniska, anjoniska, katjoniska och zwitterjoniska
"Tenside haben hyrophile und hydrophobe Enden" av Roland.chem" (CC BY-SA 3.0)

Det polära "huvudet" kan vara av olika typer. På tvättmedels- eller diskmedelsförpackningen brukar den ungefärliga sammansättningen av de olika typerna vara angiven.

Icke-joniska detergenter

Icke-joniska detergenter har en polär grupp som inte är en jon.

Ett vanligt exempel är PEG, polyetylenglykol, som har formeln H−(O−CH2−CH2)n−OH. OH-gruppen är oladdad, men starkt polär på grund av att den höga elektronegativiteten hos syreatomen attraherar elektronmolnet från väteatomen så att syreatomen får en negativ och väteatomen för en positiv nettoladdning.

Anjoniska detergenter

Anjoniska detergenternas polära grupp är en negativ jon. Typiska detergenter är alkylbensensulfonater med den allmänna formeln R–C6H4–SO3, där R är en kolvätekedja.

Exempel är natriumsaltet av dodekylbensensulfonat, C12H25-C6H4-SO3Na.

Katjoniska detergenter

Katjoniska detergenter liknar anjoniska sådana, men den polära gruppen utgörs i stället av en positiv jon. Jonen kan vara ett ammoniumsalt (R-NH4+) eller ett kvarternärt ammoniumsalt (R4N+).

Zwitterjoniska detergenter

En zwitterjon är en positiv och en negativ jon på samma molekyl. Den katjoniska delen är en primär, sekundär eller tertiär amin eller en kvaternär ammonium-katjon. Den anjoniska delen är ofta sulfonat eller ammonium-karboxylat, men det finns många varianter.

Litteratur

  1. "Detergents" i Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 1993, VCH Publishers.
  2. A. Hedelin, M. Olofsson, Hemkunskap 6-9, 1996, Interskol, Malmö.
  3. Detergent Chemistry, Kiwi Web
    http://www.chemistry.co.nz/deterginfo.htm (2003-05-22)
  4. Chemistry in Action: What's in a modern detergent?, Stephen Childs, Chemistry in Action
    http://www.ul.ie/~childsp/CinA/Issue45/what_in_deterg.htm (2003-05-22)
  5. Chemistry of Cleaning, Premier Maintenance Co. Inc
    http://www.louisvillecleaning.com/house-cleaning/chemistry_of_cleaning.htm (2007-09-25)
  6. SDA Home Page, The Soap and Detergent Association
    http://www.sdahq.org/laundry/fact/ (2003-05-22)
  7. Fluorescent Whitening Agents, SpecialChem
    http://www.specialchem4polymers.com/tc/Fluorescent-Whitening-Agents/index.aspx (2003-12-03)
  8. Optical Brighteners, Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
    http://www.wiley-vch.de/contents/ullmann/ull_10518.html (2003-05-22)

Fler experiment


vardagens kemi
Att döda bakterier - kan Klorin & Javex va´ nå´t?
Bestäm CMC för diskmedel
Blev disken ren?
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den bästa bulldegen
Den omöjliga tvålen - den är preparerad!
Diska med äggula
Eld - varför brinner det?
Eldprovet
Enzymaktivitet i ananas
Enzymer i Tvättmedel
Ett gammalt tvättmedel, del 1: Salt ur björkaska
Ett gammalt tvättmedel, del 2: Tvål ur saltet
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Framställ en detergent
Framställ låglaktosmjölk
Fruktköttet får solbränna
Färga ullgarn med svampar
Färgämnen i M&M
Gore-Tex, materialet som andas
Gör din egen limfärg
Gör din egen tandkräm
Gör ditt eget läppcerat
Gör hårt vatten mjukt
Göra lim av kasein
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur smakar salmiak?
Håller bubblan?
Karbidlampan
Kemi i en brustablett
Kemisk vattenrening
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Modellmassa av mjölk
Myggmedel - hur funkar det?
Målarfärgens vattengenomsläpplighet
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Osmos i ett ägg
Osynlig gas
Pektin och marmeladkokning
Pelargonens färg
Permanenta håret
Pulversläckare
Rengöra silver
Rostbildning och rostskydd
Skär sig majonnäsen?
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Superabsorbenter i blöjor
Surt regn
Syror och baser i konsumentprodukter
Såpbubblor
Tillverka din egen deodorant
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka din egen tvål, del 1: Själva tvålen
Tillverka din egen tvål, del 2: Parfymera och färga tvålen
Tillverka ditt eget läppstift
Tillverka Falu rödfärg enligt gammalt recept
Tillverka papperslim
Tillverka rengöringskräm
Tvätta i hårt vatten
Utfällning av aluminium
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer då något brinner?
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Vad är skillnaden mellan maskin- och handdiskmedel?
Varför färgas textiler olika?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför rostar järn och hur kan man förhindra det?
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Varför äter vi Samarin?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten
Ägget i flaskan
Ärg på en kopparslant
Äta frusen potatis