Giáo án Bài 2. Xà phòng và chất giặt rửa

Huy động kiến thức nền về vết dầu mỡ và cách làm sạch; tạo tình huống có vấn đề dẫn vào bài Xà phòng và chất giặt rửa.

GV đưa ra tình huống: một chiếc áo dính vết dầu ăn, nếu chỉ giặt bằng nước lã thì vết dầu vẫn còn. HS trả lời hai câu hỏi: (1) Vì sao nước lã không làm sạch được vết dầu? (2) Khi dùng xà phòng, dầu mỡ được xử lí như thế nào? HS ghi dự đoán vào vở để kiểm chứng sau bài học.

Dự đoán ban đầu của HS: dầu không tan trong nước nên nước lã không cuốn được dầu; xà phòng và chất giặt rửa có khả năng làm dầu phân tán vào nước. Vấn đề cần giải quyết: xà phòng làm sạch dầu bằng cơ chế nào và vì sao hiệu quả thay đổi khi dùng nước cứng.

Nêu được khái niệm xà phòng, chất giặt rửa tổng hợp; mô tả đặc điểm cấu tạo lưỡng ưa; giải thích cơ chế làm sạch vết bẩn bằng mô hình micelle.

HS làm việc nhóm 4 theo kĩ thuật khăn trải bàn. Nhóm quan sát mô hình micelle cắt đôi trên giá xoay và mô phỏng mảnh vải có vết dầu trong trang bài học NeoEdu, sau đó hoàn thành Phiếu học tập số 1. Câu hỏi GV đặt ra: (1) Trong phân tử C₁₇H₃₅COONa, phần nào là đầu ưa nước, phần nào là đuôi kị nước? (2) Trong micelle, đầu và đuôi của phân tử hướng về đâu? (3) Vì sao khi khuấy, vết dầu được cuốn đi thay vì bị hoà tan? (4) Vì sao không thể nói xà phòng trung hoà mọi vết bẩn?

Phiếu học tập số 1 hoàn thành đúng: Xà phòng là muối sodium hoặc potassium của acid béo, ví dụ $\mathrm{C_{17}H_{35}COONa}$. Đầu $\mathrm{COO^-}$ (ion phân cực) ưa nước hướng ra ngoài; đuôi $\mathrm{C_{17}H_{35}}$ (hydrocarbon) kị nước hướng vào giọt dầu. Kết luận HS rút ra: xà phòng nhũ hoá dầu thành các giọt nhỏ bọc trong micelle, đầu hướng ra nước nên dầu được cuốn đi, không phải dầu bị biến thành nước hay bị trung hoà. Hiệu quả còn phụ thuộc nhiệt độ, độ cứng nước và loại vết bẩn.

Trình bày được phương pháp sản xuất xà phòng từ triglyceride và kiềm; vai trò của NaCl; thực hiện được thí nghiệm điều chế xà phòng qua mô phỏng hoặc video, tuân thủ an toàn.

GV thực hiện điều chế xà phòng từ mỡ hoặc dầu ăn và dung dịch NaOH 40% trong bát sứ (kiềm nóng do GV kiểm soát); hoặc chiếu video, phòng thí nghiệm ảo 'Điều chế xà phòng' trên NeoEdu. HS quan sát và điền Phiếu học tập số 2. Câu hỏi GV đặt ra: (1) Viết phương trình xà phòng hoá tripalmitin. (2) Vì sao phải khuấy liên tục? (3) Thêm NaCl bão hoà có tác dụng gì? (4) Lớp nào nổi lên, lớp nào giữ glycerol? (5) Phép quan sát này có đo được kiềm dư hay chất lượng mỹ phẩm không?

Phương trình: $\mathrm{(C_{15}H_{31}COO)_3C_3H_5 + 3NaOH \rightarrow 3C_{15}H_{31}COONa + C_3H_5(OH)_3}$. Khuấy duy trì tiếp xúc giữa hai pha, khuấy không phải là chất xúc tác. NaCl bão hoà làm giảm độ tan của muối acid béo nên xà phòng tách ra và nổi lên; pha nước giữ glycerol và chất tan khác. Kết luận: quan sát lớp xà phòng nổi chỉ là phép kiểm tra định tính, không đo được kiềm dư hay chất lượng sản phẩm.

Phân biệt chất giặt rửa tổng hợp với xà phòng; giải thích vì sao Ca²⁺ và Mg²⁺ làm giảm hiệu quả xà phòng; nêu được cách sử dụng hợp lí và thiết kế cách kiểm tra có đối chứng.

HS làm việc theo cặp đôi và đọc bảng thử giả định (100 mL nước, cùng lượng dầu và thời gian lắc) gồm ba mẫu: xà phòng/nước mềm, xà phòng/nước cứng, chất giặt rửa tổng hợp/nước cứng. Câu hỏi GV đặt ra: (1) Vì sao nước cứng làm cặn xuất hiện khi dùng xà phòng? Viết phương trình. (2) Trong thí nghiệm này, biến độc lập và các biến cần giữ cố định là gì? (3) Vì sao không dùng lượng bọt nhiều làm tiêu chuẩn duy nhất? (4) Nêu một cách xử lí hợp lí khi giặt bằng nước cứng.

Phương trình: $\mathrm{2C_{17}H_{35}COO^- + Ca^{2+} \rightarrow (C_{17}H_{35}COO)_2Ca\downarrow}$. Calcium stearate khó tan làm mất chất hoạt động bề mặt nên giảm giặt rửa. Biến độc lập là độ cứng nước; giữ cố định liều chất giặt rửa, lượng dầu, cách lắc và thời gian lắc. Bọt không đo trực tiếp độ sạch. Cách xử lí hợp lí: dùng chất giặt rửa phù hợp nước cứng hoặc làm mềm nước bằng quy trình thích hợp; không tăng liều vô hạn, không trộn hoá chất tuỳ tiện.

Vận dụng được khái niệm, cấu tạo lưỡng ưa, cơ chế giặt rửa và tính toán số mol theo phương trình để giải các bài tập trong bài.

HS làm bài tập nhanh cá nhân, sau đó đổi bài cho bạn cùng bàn và đối chiếu đáp án. Đề bài tập:

1. Thành phần hoạt động chính của xà phòng là gì? A. Muối calcium của acid béo; B. Triglyceride chưa thuỷ phân; C. Muối Na/K của acid béo; D. Acid béo tự do chưa trung hoà.
2. Trong micelle bao dầu, phần nào hướng ra nước? A. Phần gốc alkyl dài; B. Đuôi hydrocarbon; C. Đầu ion/phân cực; D. Đầu carboxylate đã kết tủa với Ca²⁺.
3. 0,010 mol Ca²⁺ kết tủa hoàn toàn với RCOO⁻. Cần số mol RCOO⁻ là bao nhiêu?
4. Xét chất giặt rửa: a) Nước cứng có thể giảm hiệu quả xà phòng. b) Mọi chất tổng hợp không phân huỷ sinh học. c) Bọt nhiều luôn chứng minh giặt sạch hơn. d) Phải giữ lượng dầu và cách lắc khi so sánh. Ghi Đ hoặc S.
5. Ghép bộ phận/tác nhân với vai trò: Đuôi hydrocarbon; Đầu carboxylate; Ca²⁺ trong nước cứng với các vai trò: Tương tác dầu mỡ; Tương tác nước; Tạo cặn muối acid béo.
6. Chọn biến cần giữ cố định khi kiểm tra ảnh hưởng độ cứng nước. A. Lượng chất giặt rửa; B. Lượng dầu ban đầu; C. Thời gian lắc; D. Nồng độ Ca²⁺.
7. Xà phòng hoá 0,050 mol triglyceride cần số mol NaOH là bao nhiêu?

Đáp án: (1) C. Muối acid béo có đầu ưa nước và đuôi kị nước. (2) C. Đầu ion tiếp xúc nước, đuôi tương tác dầu bên trong. (3) 0,02 mol, vì tỉ lệ 2RCOO⁻ : 1Ca²⁺. (4) a) Đ; b) S; c) S; d) Đ; cấu trúc quyết định khả năng phân huỷ, bọt không đo trực tiếp độ sạch. (5) Đuôi hydrocarbon – tương tác dầu mỡ; đầu carboxylate – tương tác nước; Ca²⁺ trong nước cứng – tạo cặn muối acid béo. (6) A, B, C; độ cứng là biến độc lập, các yếu tố còn lại phải giữ ổn định. (7) 0,15 mol NaOH, vì $n_{\mathrm{NaOH}} = 3 \times 0{,}050 = 0{,}150$ mol.

Vận dụng kiến thức về cấu tạo, cơ chế, nước cứng và cách sử dụng để đề xuất lựa chọn và cách dùng chất giặt rửa an toàn, hiệu quả trong thực tế gia đình.

GV giao tình huống: gia đình em giặt quần áo bằng nước giếng khoan có độ cứng cao, quần áo bị xám và có cặn trắng khi dùng xà phòng. HS làm việc nhóm 4, hoàn thành bảng tóm tắt gồm: nguyên nhân, cách lựa chọn sản phẩm, liều lượng, biện pháp an toàn, và xử lí nước thải. Câu hỏi gợi ý: (1) Vì sao nên chọn chất giặt rửa tổng hợp phù hợp với nước cứng? (2) Vì sao không tăng liều vô hạn? (3) Vì sao không trộn chất tẩy với acid hoặc ammonia? (4) Có nên đánh giá sản phẩm chỉ dựa vào lượng bọt không?

Kết luận nhóm đúng nội dung: Ca²⁺ và Mg²⁺ trong nước cứng tạo muối ít tan với xà phòng, làm giảm hiệu quả và gây cặn; nên chọn chất giặt rửa phù hợp nước cứng và dùng đúng liều in trên nhãn; không tăng liều vô hạn; không trộn chất tẩy với acid hoặc ammonia; không dùng bọt nhiều làm tiêu chuẩn duy nhất; chọn cách xử lí nước thải phù hợp, không gán sản phẩm tự nhiên là luôn xanh. Tóm tắt của mỗi nhóm được trình bày trên khăn trải bàn.