Sabun ve deterjanlar

Kızartma yapılmış bir tavayı yalnızca sıcak suyla yıkamayı deneyin. Su tavanın üzerinden kayar, yağ tabakası olduğu yerde kalır; parmağınızı sürdüğünüzde hâlâ kaygandır. Aynı tavaya birkaç damla bulaşık deterjanı damlatıp süngerle ovduğunuzda yağ birkaç saniyede kaybolur ve su artık tavanın yüzeyini her yerden ıslatır. Değişen tek şey, suya eklenen çok az miktardaki bir maddedir. Bir önceki derste uzun zincirli molekülleri, yani polimerleri tanıdık. Bu derste başka türden uzun bir molekülle karşılaşıyoruz: bir ucu suyu, öteki ucu yağı seven ve bu iki dünya arasında köprü kuran temizleyici molekülle.

• Yağlı kirin neden yalnızca suyla çıkmadığını polarlıkla açıklarsın.
• Sabunlaşma tepkimesini, sabun molekülünün yapısını ve misel oluşumunu anlatırsın.
• Sert suyun sabunla etkileşimini ve deterjanların bu durumdaki üstünlüğünü açıklarsın.
• Temizlik ürünlerinin çevresel etkilerini ve el yıkamanın hijyendeki yerini değerlendirirsin.

Kir neden suyla çıkmaz

Su molekülleri polardır ve birbirine hidrojen bağlarıyla sıkıca tutunur. Yağlar ise uzun hidrokarbon zincirlerinden oluşan apolar moleküllerdir. Polar su molekülleri birbirini, apolar yağ molekülleri de birbirini tercih eder; bu yüzden yağ suda çözünmez, suyun üzerinde ayrı bir tabaka olarak kalır. Giysideki, cildimizdeki ya da tabaktaki kirin büyük kısmı yağla tutunduğu için su tek başına onu kaldıramaz. Temizlik için, iki tarafla da anlaşabilen bir aracıya ihtiyaç vardır.

Sabunun yapımı: sabunlaşma

Sabun, bitkisel ya da hayvansal yağların kuvvetli bir bazla ısıtılmasıyla elde edilir. Bu tepkimeye sabunlaşma (saponifikasyon) denir. Yağ molekülleri bazla parçalanır; ürün olarak sabun ve yan ürün olarak gliserin oluşur: yağ + kuvvetli baz → sabun + gliserin. Baz olarak sodyum hidroksit kullanılırsa sert, katı sabun; potasyum hidroksit kullanılırsa daha yumuşak ya da sıvı sabun elde edilir. Zeytinyağı gibi bitkisel yağlardan yapılan sabunlar yüzyıllardır kullanılır. Kuvvetli bazların yağları parçaladığını asit ve bazların özellikleri dersinde görmüştük; sabun yapımı bu özelliğin kontrollü bir kullanımıdır.

İki yüzlü molekül

Bir sabun molekülünün iki farklı ucu vardır. Bir ucu, on beş ila yirmi karbonluk uzun bir hidrokarbon kuyruktur; apolar olduğu için suyu sevmez, yağı sever. Öteki ucu ise eksi yüklü bir iyonik baştır; suyu sever ve su molekülleriyle güçlü biçimde etkileşir. Sabun, bu eksi yüklü iyonun sodyum ya da potasyum iyonuyla oluşturduğu bir tuzdur. Suyu seven kısma hidrofil, suyu sevmeyen kısma hidrofob denir. Bu iki yüzlü yapı yalnız sabuna özgü değildir; şampuan, diş macunu ve bulaşık deterjanındaki temizleyici moleküllerin hepsi aynı ilkeyle tasarlanmıştır.

Misel: yağı suya taşımak

Sabunlu su yağlı bir yüzeyle karşılaştığında sabun moleküllerinin kuyrukları yağın içine gömülür, başları suya doğru dışarıda kalır. Yeterli sayıda sabun molekülü bir yağ damlacığını dört bir yandan sarınca küresel bir yapı oluşur; bu yapıya misel denir. Misel, yağ damlacığını dış yüzeyi suyla iyi anlaşan bir kabuğun içine hapseder. Ovma, yağı yüzeyden koparıp küçük damlacıklara böler; miseller bu damlacıkları suda asılı tutar ve durulama suyuyla birlikte uzaklaştırır. Ortaya çıkan karışım, karışımlar modülünde tanıdığımız bir emülsiyondur: yağ değişmemiş, yalnızca suda dağılmıştır.

Yüzey gerilimi

Su molekülleri arasındaki güçlü çekim, suyun yüzeyinde gergin bir zar etkisi yaratır; hidrojen bağı dersinde bu özelliğe yüzey gerilimi demiştik. Saf su bu yüzden bir kumaşın liflerinin arasına kolayca girmez, yüzeyde boncuk boncuk kalabilir. Sabun molekülleri suyun yüzeyine yerleşerek yüzey gerilimini düşürür. Gerilimi azalan su yüzeylere daha kolay yayılır ve lifleri daha iyi ıslatır; temizlemenin ilk adımı budur.

Sabun bazik bir tuzdur

Sabunun eksi yüklü başı zayıf bir asitten gelir, sodyum ya da potasyum ise kuvvetli bir bazdan. Tuzlar dersindeki kural burada da geçerlidir: zayıf asit ile kuvvetli bazdan türeyen tuzun çözeltisi baziktir. Sabunlu suyun ele kaygan gelmesi ve göze kaçınca yakması bu bazlıktan kaynaklanır.

Sert su sorunu

Kalsiyum ve magnezyum iyonu bakımından zengin sulara sert su denir. Sabun sert suda iyi köpürmez; kalsiyum ve magnezyum iyonları sabun molekülleriyle suda çözünmeyen bir tortu oluşturur. Bu tortu küvetin kenarında gri bir halka, yıkanan çamaşırda donuk bir tabaka bırakır. Çöken her sabun molekülü temizlik işinden çekilmiş olur, bu yüzden sert suda daha çok sabun harcanır. Sert suyun bir kısmı kaynatılarak yumuşatılabilir: ısıtılınca kalsiyum iyonları karbonatla birleşir ve çaydanlığın dibinde kireç olarak çöker. Evlerde ve fabrikalarda ise iyon değiştirici filtreler kalsiyum ve magnezyum iyonlarını sodyum iyonlarıyla değiştirerek suyu yumuşatır; sabun bu suda yeniden iyi köpürür.

Deterjanlar

Deterjanlar, sabunla aynı mantıkla çalışan ama çoğunlukla petrol kökenli hammaddelerden sentezlenen temizleyicilerdir. Onların da apolar bir kuyruğu ve suyu seven bir başı vardır; fakat baş kısmı genellikle bir sülfonat grubudur. Sülfonatlar kalsiyum ve magnezyum iyonlarıyla çökmediği için deterjanlar sert suda da tortu bırakmadan çalışır. Çamaşır ve bulaşık makinelerinde deterjan kullanılmasının başlıca nedeni budur.

Katkılar ve çevre

Çamaşır deterjanlarına çeşitli katkılar eklenir. Enzimler kan, yumurta, yağ gibi lekelerdeki büyük molekülleri parçalar; ağartıcılar renkli lekeleri giderir; parfümler koku verir. Eskiden suyu yumuşatmak için bolca fosfat eklenirdi. Fosfat bitkiler için bir besin maddesidir; göllere ulaştığında alglerin aşırı çoğalmasına, alglerin ölüp çürümesiyle de sudaki oksijenin azalmasına yol açar. Bu nedenle birçok ülkede fosfat kullanımı sınırlandırılmıştır. İlk sentetik deterjanların dallanmış zincirleri mikroorganizmalarca zor parçalandığı için nehirlerde kalıcı köpükler oluşmuştu; bugünkü deterjanlar daha kolay parçalanan düz zincirli moleküllerle üretilir.

Temizlik ve hijyen

El yıkarken sabun, mikropları cilde tutunduğu yağlı tabakadan koparır ve durulama suyuyla akıtır; yağlı bir zarla çevrili bazı virüslerin bu zarını da bozabilir. Bu yüzden ellerin yeterli süre sabunla ovulması, yalnızca suyla çalkalanmasından çok daha etkilidir. Sabun ve deterjanlar dışarıdan kullandığımız kimyasallardır; sıradaki ders vücudun içine alınan kimyasalları, yani ilaçları ele alıyor.

Örnek 1 — Sabunlaşma

Soru: Zeytinyağı sodyum hidroksitle ısıtıldığında hangi ürünler oluşur?

• A) Sabun ve gliserin
• B) Polietilen ile su
• C) Yalnız karbon dioksit gazı
• D) Hidrojen ve tuz
• E) Etilen ve oksijen

Çözüm: Yağ kuvvetli bazla parçalanır; sabun ve yan ürün olarak gliserin oluşur. Cevap: A.

Örnek 2 — Molekülün yapısı

Soru: Bir sabun molekülünün yağa yönelen kısmı hangisidir?

• A) İyonik baş
• B) Sodyum iyonu
• C) Su molekülü
• D) Apolar hidrokarbon kuyruk
• E) Gliserin parçası

Çözüm: Apolar kuyruk yağın içine gömülür, iyonik baş suda kalır. Cevap: D.

Örnek 3 — Sert su

Soru: Bir öğrenci aynı sabunu yağmur suyunda bol köpürtürken kireçli musluk suyunda köpürtemiyor. Bunun nedeni hangisidir?

• A) Yağmur suyu daha sıcaktır.
• B) Musluk suyunda tuz ruhu vardır.
• C) Musluk suyundaki kalsiyum ve magnezyum iyonları sabunla çözünmeyen bir tortu oluşturur.
• D) Sabun yağmur suyunda bozulur.
• E) Musluk suyu nötrdür.

Çözüm: Sert sudaki iyonlar sabun moleküllerini çöktürür ve köpürme azalır. Cevap: C.

Örnek 4 — Çevre

Soru: Fosfatlı deterjanların göllere ulaşmasının başlıca sonucu hangisidir?

• A) Suyun donma noktası yükselir.
• B) Göl suyu tamamen arınır.
• C) Balık sayısı hızla artar.
• D) Su bazik olmaktan çıkar.
• E) Algler aşırı çoğalır ve sudaki oksijen azalır.

Çözüm: Fosfat alglere besin olur; çürüyen algler suyun oksijenini tüketir. Cevap: E.

• Sabunun yağı kimyasal olarak yok ettiğini sanmak. Yağ değişmez; misellerle suda dağılır.
• Sabun molekülünün iki ucunu karıştırmak. Kuyruk yağı, iyonik baş suyu sever.
• Sabunu nötr sanmak. Zayıf asit-kuvvetli baz tuzu olduğu için çözeltisi baziktir.
• Sabun ile deterjanı aynı saymak. Deterjan sert suda tortu bırakmaz.
• Fosfatı zararsız bir katkı sanmak. Göllerde aşırı alg büyümesine yol açar.