4.6 Seifen und Waschmittel

Organische Chemie
Natriumstearat –
ein Seifenmolekül
222
polar
(hydrophil)
(hydrophob)
unpolar
Na +
–
R
R ist eine
Kohlenwasserstoffkette
(Rest)
4.6 Seifen und Waschmittel
Die Herstellung von Seife gehört zu den ältesten chemischen
Verfahren. Schon vor 4 000 Jahren sollen die Babylonier, später
die Ägypter und Phönizier Öl und Fett mit Laugen verkocht
haben. Die Germanen und Gallier stellten aus Ziegentalg und
Holzasche Seife her, die allerdings nur für die Kosmetik diente.
Damals wurde aber die gleiche chemische Reaktion wie heute
bei der modernen Seifenfabrikation durchgeführt: die Hydrolyse
von Fetten. Bei dieser Hydrolyse entstehen Salze von Fettsäuren
(gewöhnliche Seifen) und Glycerin:
Glycerid (Fett) Glycerin
Hydrolyse (Verseifung) eines Fettes
Seife
R1,R2,R3 sind verschiedene (oder gleiche) Kohlenwasserstoffreste
(R-COO) 3C 3H 5 +3NaOH ˝ 3 R-COONa + C 3H 5(OH) 3
„Fett“ Seife Glycerin
Gewöhnliche Seife ist ein Gemisch von Natriumsalzen langkettiger
Fettsäuren, weil das Fett, aus dem sie hergestellt wird, ebenfalls
ein Gemisch ist. Dieses Gemisch eignet sich zur Reinigung
aber genauso gut wie ein reines Salz.
Die Zusammensetzung und die Darstellungsverfahren der Seifen
variieren; aus Olivenöl wird die Marseiller Seife gewonnen,
durch Zusatz von Alkohol wird Seife durchscheinend, durch
Daruntermischen von Luft erhält man Schwimmseifen; Duftstoffe,
Farbstoffe und Desinfektionsmittel werden der Seife
zugesetzt; bei Kaliumsalzen an Stelle von Natriumsalzen erhält
man Schmierseifen.
4.6.1 Aufbau von Seifenmolekülen
Ein Seifenmolekül besitzt ein polares Ende, –COO – Na + , und
ein unpolares Ende, eine lange Kohlenstoffkette mit 12–18
Kohlenstoffatomen. Das polare Ende ist wasserlöslich, es ist
hydrophil. Das unpolare Ende ist in Wasser unlöslich, es wird
als hydrophob bezeichnet; dieses Ende ist in unpolaren
Lösungsmitteln löslich.
Derartige Moleküle, die gleichzeitig polare und unpolare Enden
enthalten, sind darüber hinaus auch groß genug, dass jedes

Ende seine eigenen Löslichkeitseigenschaften entfalten kann.
Für sie wurde als allgemein gültiger Sammelbegriff die Bezeichnung
„grenzflächenaktive Moleküle“ eingeführt. Im deutschen
Sprachraum hat sich als Bezeichnung für die synthetischen
grenzflächenaktiven Verbindungen der Begriff „Tenside“
durchgesetzt. Tenside können verschiedene polare Gruppen
tragen (vgl. 4.6.4 Synthetische Waschmittel).
4.6.2 Löslichkeitsverhalten von Seifen
Seifenmoleküle ordnen sich an der Wasseroberfläche so an,
dass das hydrophile Ende zur wässrigen Lösung hin und das
hydrophobe Ende vom Wasser weg gerichtet sind.
Seifen bilden eine orientierte Monoschicht an der Wasseroberfläche.
Weitere Seifenmoleküle lösen sich im Wasser. Wird ihre
Konzentration größer, lagern sie sich zusammen.
Die „Seifenlösungen“ sind dann keine echten Lösungen, in
denen gelöste Moleküle für sich und unabhängig von den anderen
Molekülen frei umherschwimmen. Statt dessen ist Seife in
kugelförmigen Bündeln, den Micellen, dispergiert. Jede Micelle
kann hunderte von Seifenmolekülen enthalten (vgl. 1.2.3 Kolloide
Lösung):
Wasseroberfläche
unpolare Ketten
polare Gruppen
Monoschicht und Kugelmicelle – polare Gruppen
der Seifen sind negativ geladen
Wasser
In Übereinstimmung mit der Regel „Ähnliches wird durch Ähnliches
gelöst“ (vgl. 1.7.3 Lösungsvorgang) sucht jedes unpolare
Ende eines Seifenmoleküls eine unpolare Umgebung. In der vorgegebenen
Lage sind aber die unpolaren Enden anderer Seifenmoleküle
die einzig mögliche derartige Umgebung, so dass sich
diese Enden im Mittelpunkt der Micelle zusammendrängen. Die
polaren Enden der Moleküle ragen nach außen in das polare
Lösungsmittel Wasser. Die Abstoßung zwischen den gleichen
Ladungen verschiedener Micellen verhindert deren Zusammenballung.
Seifen und Waschmittel
223

Organische Chemie
Ablösung des
Schmutzes von
einer Faser
224
Gewebefaser
Schmutz
Verschmutzte
Faser
Verschmutzte
Faser in
Seifenlösung
Abgelöster
Schmutz in einer
Micelle
4.6.3 Waschwirkung von Seifen
Die Eigenschaften von „Seifenlösungen“ beruhen auf der
Grenzflächenaktivität und der Anionenaktivität.
Grenzflächenaktivität
Die grenzflächenaktiven Stoffe verteilen sich daher nicht
gleichmäßig in der gesamten Flüssigkeit, sondern sammeln sich
vor allem an den Grenzflächen an.
Sie entspannen das Wasser, so dass es Stoffe leichter benetzen
kann. Sie bilden Schaum, sie emulgieren unlösliche nicht kristalline
Stoffe und dispergieren (zerstreuen) Öl- und Schmutzteilchen.
Sie drängen sich auch in die kleinen Spalten zwischen
Schmutz und Haut oder Gewebe und trennen so den Schmutz
ab.
Anionenaktivität
Man hat festgestellt, dass Faser und Schmutz in wässriger
Lösung schwach elektrisch negativ geladen sind. In Seifenlösung
ist diese Aufladung stark erhöht, so dass in einer Seifenlösung
auch die abstoßende Wirkung größer wird.
Die anionenaktiven Teilchen haften fest an den abgelösten feinen
Schmutz- und Fettteilchen. Dadurch wird verhindert, dass
sich die kleinen Teilchen zu größeren Teilen zusammenballen
und wieder auf den Fasern absetzen. Das „Schmutztragevermögen“
wird dadurch erhöht. Das Spülen mit reinem Wasser ist
nötig, um die Waschlösung zu entfernen.

4.6.4 Synthetische Waschmittel
Seifen haben nachteilige Eigenschaften: Sie sind gegen Säuren
und hartes Wasser empfindlich.
Säuren setzen aus Seifen Fettsäuren frei, die schmieren und die
Wirkung der Seife aufheben. Die Härte des Wassers, Calciumund
Magnesiumionen im harten Wasser, bilden mit Seifenmolekülen
unlösliche Calcium- und Magnesiumsalze. Wegen der Verwendung
teurer Fette sind Seifen teuer. Man hat daher synthetische
waschaktive Moleküle (Tenside) entwickelt. Dabei werden
in die wasserunlöslichen Kohlenwasserstoffe des Erdöls wasserlöslich
machende Gruppen eingeführt, z. B.:
– +
R–SO3 Na Sulfonsäuresalze
– +
R–O–SO3 Na Salze von Schwefelsäureestern
R(–O–C2H4) n–OH Alkoholethoxylate (Polyether)
Man unterscheidet vier Typen von Tensiden:
– anionenaktive Tenside, die eine negative Ladung tragen und
meist Natriumionen als Gegenionen enthalten,
– kationenaktive Tenside, die eine positive Ladung tragen und
meist Chloridionen als Gegenionen enthalten,
– nicht ionische Tenside, die keine Ladung tragen, aber viele
polare Gruppen enthalten,
– amphotere Tenside, die eine positive und eine negative
Ladung am selben Molekül tragen (daher auch Zwitterionen
genannt werden).
1985 wurden in der Bundesrepublik Deutschland 330 000 t Tenside
verwendet, davon 46 % anionenaktive, 43 % nicht ionische
und 9 % kationenaktive.
Solche waschaktiven Substanzen (WAS) werden mit Gerüststoffen
und Hilfsstoffen versetzt, welche die Wasch- und Reinigungswirkung
günstig beeinflussen, z. B:
Wasserglas, das in Wasser enthaltene Eisensalze bindet und
so das Vergilben der Wäsche verhindert,
Bleichmittel, die Verschmutzungen und Verfärbungen entfernen,
optische Aufheller (Weißtöner), die den gelblichen Ton in
Weiß umwandeln,
Polyphosphate, welche die Härte des Wassers beseitigen (vgl.
3.2.3 Wasserhärte) und Eisen- und andere Schwermetallionen
binden. Sie verhindern Ablagerungen an Wäschestücken und
Heizstäben, sie verursachen aber in Flüssen und Seen als „Düngemittel“
ein starkes Algenwachstum, so dass ruhende oder
Seifen und Waschmittel
Versuch
H 2 O dest. Leitungswasser
+ Seifenlösung
und schütteln.
Hartes Wasser
trübt sich und
schäumt nicht.
Zugabe von Säure
zum H2O dest.
zerstört den
Schaum und bewirkt
Trübung.
Na +
Natriumdodecylsulfat
–
ein anionisches
Tensid
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Organische Chemie
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4.6.5 Übungen
langsam fließende Gewässer wegen Sauerstoffmangels umkippen:
Eutrophierung (vgl. 5.2.3 Wasserverschmutzung).
Das Gesetz verlangt die Verringerung des Phosphatzusatzes.
Jetzt kommen daher phosphatfreie Waschmittel verstärkt auf
den Markt. Sie enthalten Natrium- und Aluminiumsilicate,
denen zur Verbesserung der Waschwirkung noch verschiedene
Stoffe beigemischt werden.
Die synthetischen Waschmittel werden als Detergenzien
bezeichnet. Alle Waschmittel enthalten Tenside. Sie müssen biologisch
abbaubar sein, um störende Schaumbildung auf Flüssen
und Seen zu verhindern.
1. Wie kann man Seife herstellen?
2. Welche Eigenschaften hat Seife?
3. Was versteht man unter Grenzflächenaktivität?
4. Was versteht man unter Anionenaktivität?
5. Welche nachteiligen Eigenschaften hat Seife?
6. Was sind Tenside?
7. Was sind Waschmittel?
8. Welche Bedeutung hat die Verwendung von Waschmitteln in der Natur?
9. Wieso schwimmt Aluminiumblech, wenn man es vorsichtig auf Wasser legt?
Wieso geht es nach Zusatz eines Tensides zum Wasser unter?
10. Wieso nimmt in einer homologen Reihe von Seifenmolekülen die Grenzflächenaktivität
mit steigender Länge der Fettsäurekette zu (traubesche Regel)?
11. Wieso erleichtern bestimmte grenzflächenaktive Stoffe in der Lunge die
Atmung?