ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ

НАТРІЙ ЕТИЛЕНДІАМІНТЕТРААЦЕТАТУ (ТРИЛОНУ Б) У ПОБУТІ

 

 

 

 

 

 

 

Роботу виконав:

кандидат в дійсні члени МАН

Бобир Денис Ігорович

учень 10 класу ліцею “Наукова зміна”

Дарницького району  м. Києва

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ -  2014

ЗМІСТ

 

ВСТУП

 

РОЗДІЛ І  Огляд літератури

1.1. Будова та властивості Трилону Б

1.2. Використання  трилону Б в побуті

РОЗДІЛ ІІ Експериментальна частина

2.1 Застосування трилону Б для очищення монет

2.2. Застосування трилону Б для захисту нагрівача пральної машини від накипу

2.3. Порівняння води, розчинів Трилону Б та фосфатів як поживного середовища для мікроорганізмів

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

 

 

 

 

 ВСТУП

На сьогодні ринок хімічно-побутової хімії переповнений різноманітними засобами. Здавалося б, навіщо знаходити заміну вузькоспеціалізованим та дешевим препаратам. Проте екологічне питання, яке обов’язково розглядається, якщо ми говоримо про побутову хімію, стає актуальнішим з кожним днем. Поліфосфати у складі СМЗ використовують для пом’ягшення води, для того щоб «пральна машина слугувала довше». При цьому поліфосфати є фактично ідеальним середовищем для розвитку та розмноження водоростей, які призводять до цвітіння водойми і загибелі більшості її мешканців. В багатьох країнах світу використання фосфатів у складі синтетичних миючих засобів заборонено законодавством. На жаль, в Україні ситуація інша. СМЗ, що випускає наша промисловість та імпортуються, містять від 10 до 40% поліфосфатів, отже, триває неконтрольоване скидання їх у водойми країни. У нас законодавчо не заборонено використання поліфосфатів у СМЗ. А оскільки споживання пральних порошків зростає, кількість шкідливих речовин (і, відповідно, ціанобактерій) у водоймах стрімко збільшується. "Цвітуть " не тільки озера зі стоячою водою, але й річки, і навіть морські узбережжя. Так,  у 1960-х роках вміст мікроорганізмів у чорноморській воді не перевищував 50 г/м3, зараз же в 50 разів більше. Особливого побоювання викликає "цвітіння" Дніпра, стратегічного джерела прісної води для України. Створюючи плівку на поверхні води, ціанобактерії заважають доступу кисню,  а розкладаючись, виділяють, разом з найнебезпечнішими токсинами, метан, амоніак, сірководень. Як наслідок, відбувається масовий мор риби. Перед споживачами постає необхідність використання дешевих та безпечних аналогів, які є якнайменш шкідливими для навколишнього середовища та мають широкий спектр використання.

Метою роботи було дослідити можливість використання речовин, які зв’язують йони Ca2+  та Mg2+, що обумовлюють твердість води, а також можуть використовуватися для видалення накипу з водонагрівальних приладів. Такою речовиною є натрієва сіль етилендіамінтетраоцтової кислоти (Трилон Б), яка може зв’язувати йони важких металів, заміщуючи їх на йони Na+. Дана речовина є відносно безпечною для людського організму, у зв’язку з чим її додають навіть у косметичні вироби та мило. В роботі ми дослідили здатність Трилону Б звільняти поверхні нагрівачів  від нерозчинних солей Кальцію та Магнію, а також дослідили можливість використання цієї речовини для очищення поверхні монет.

 

РОЗДІЛ 1

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1. Будова та властивості Трилону Б

 

Натрій етилендіамінтетраацетат (динатрієва  сіль этилендіамінтетра-оцтової кислоти) або трилон Б (C10H14O8N2Na2∙2H2O) -це білий кристалічний порошок або кристали білого кольору, які  мають високу розчинність у воді і лугах. Розчинність значно збільшується зі збільшенням температури.  При температурі 20 °C розчинність складає 100 г/л, при температурі 80 °C - 230 г/л. Трилон Б є сполукою з достатньо стійкою структурою, яка не пошкоджується навіть при нагріванні до 200 °C і дії тиску. Трилон Б більш стабільний по відношенню до інших органічних комплексоутворюючих речовин, наприклад, такими як лимонна кислота, винна кислота та інші, особливо при високих температурах.

Структурна формула:

 

Найбільш важливою властивістю трилону слід назвати його здатність створювати водорозчинні комплекси з полівалентними йонами (наприклад, Кальцій, Магній, Плюмбум, Купрум, Цинк, Кадмій, Меркурій, Манган, Ферум, Алюміній) в широкому діапазоні рН, від 2 до 13,5. Схема його дії заснована на вилученні йонів металу з нерозчинних солей металів та заміщення їх на йони натрію, майже всі солі котрого розчинні у воді. Незалежно від валентності металу одна молекула трилону реагує з 1 йоном металу. Ця цінна властивість знайшла застосування в аналітичній хімії. Комплекси, що утворюються при цьому,  залишаються стабільними і в лужному середовищі, і навіть при температурах до 100°C.

Трилон Б стійкий до дії сильних кислот і основ, однак при цьому здатність трилону до утворення комплексів знижується.  

В таблиці 1 приведені значення діапазонів рН, в яких трилон Б утворює комплекси.

Таблиця 1.1

 1 г натрієвої солі этилендіамінтетраоцтової кислоти або  0,77 г чистої этилендіамінтетраоцтової кислоти здатні захоплювати наступну кількість іонів металу, незалежно від температури:

мг

йони

ступінь окиснення

діапазон рН

Колір комплексу

64

Mg

2

8.0 – 12.5

Безбарвний

105

Ca

2

6.0 – 13.5

безбарвний

230

Sr

2

8.0 – 13.5

безбарвний

361

Ba

2

10.0 – 13.0

безбарвний

144

Mn

2

5.0 – 11.0

5.0 – 13.0*

безбарвний

147

Fe

2

1.0 – 12.5*

безбарвний

154

Ni

2

1.5 – 13.0

блакитний

155

Co

2

4.0 – 12.0

4.0 – 13.5

червоний **

фіолетовий ***

167

Cu

2

1.5 – 11.5

5.0 – 13.0*

блакитний

172

Zn

2

4.0 – 13.0

безбарвний

296

Cd

2

3.5 – 13.0

безбарвний

545

Pb

2

2.0 – 13.5

безбарвний

71

Al

3

2.5 – 13.5

безбарвний

138

Cr

3

1.5 – 5.0

фіолетовий

147

Fe

3

1.0 – 5.5

жовтий

550

Bi

3

1.0 – 9.0

безбарвний

* В присутності відновлюючого агента

** При кімнатнійтемпературі

*** З’являється при нагріванні, зберігається при охолодженні

1.2. Використання  трилону Б в побуті

Завдяки великій кількості йонів, з якими трилон Б може створювати стійкі сполуки, та відносній нетоксичності дана речовина використовується в косметиці: її вводять до складу мила, сонцезахисних кремів, препаратів для догляду за волоссям та ін.  В мило трилон Б додають для попередження його окиснення і знебарвлення, для деструкції вапнякування, в присутності трилона білий наліт не проявляється. Підвищує миючу здатність мила і сприяє спінюванню.

Трилон використовують для зв’язування вільних іонів металів в водних системах. Запобігає розшаруванню готового продукту при низьких температурах.

Останнім часом трилон Б почали використовувати для пом’якшення води для промислових потреб, для видалення лужноземельних і важких металів. Трилон може бути використаним  для стабілізації відбілювачів. При пранні тканин усуває зміну кольору. В миючі засоби додається для стабілізації відбілювачів, 0,5 — 1,0% в якості активної речовини. Збільшує миючу здатність великої кількості засобів.

Трилон Б підвищує продуктивність поверхнево-активних речовин і гарантує їх ефективність на протязі усього процесу очистки.

Трилон Б використовують для розчинення солей металів й гідроксидів, що випали в осад, навіть якщо ці солі дуже важкорозчинні. Швидкість, с якою речовини розчиняються, залежить від їх кристалічної структури  та температури. Підвищення температури може сприяти збільшуванню швидкості, з якою ці речовини розчинюються. Старі, тверді забруднення, повинні бути оброблені трилоном Б на протязі більш тривалого періоду, рекомендується використання більше 1 г / л.

 

 

 

РОЗДІЛ 2

Експериментальна частина

2.1 Застосування трилону Б для очищення монет

Дізнавшись з наукових джерел про використання трилону Б у побуті для вирішення великого діапазону проблем, я вирішив використати цю речовину для очищення поверхні монет від продуктів окиснення металів, з яких ці монети виготовлені. Так як монети виготовляють зі сплавів різних, в тому числі важких металів, цей дослід мав на меті підтвердити здатність трилону Б створювати стійкі розчинні сполуки з великим різноманіттям іонів, які можна легко видалити з поверхні монет.

Об’єктами досліду стали 6 монет з різних сплавів, покритих шаром забруднень (рис.2.1).

Рис.2.1 Зовнішній вигляд монет, взятих для дослідження

 

Дослід був проведений в нейтральному та лужному середовищі. Було виготовлено 100 мл насиченого при 20˚С розчин трилону Б (розчинність  при  20˚С – 100г/л). Потім цей розчин ми розділи на дві частини. В одну скляну з розчином трилону Б додали розчину амоніку до pH≈10, в іншу - такий саме об’єм дистильованої води (pH≈7).  Досліди були проведені у хімічних стаканах об’ємом 100 мл.  Кількості води та лужний розчин були взяті таким чином, щоб монети були занурені наполовину (рис. 3, 4). Час, який монети знаходилися в рідких середовищах склав рівно 15 хвилин.

 

Рис. 2.1 Очищення монети в розчині трилону Б (pH≈7)

 

 Рис. 2.2 Очищення монети в розчині трилону Б з додаванням амоніаку (pH≈10)

 

Через 15 хв. поверхні монет візуально позбавились від темної окисної плівки, розчин набув синьо-зеленого забарвлення (ознака гідратованих йонів Cu2+).  Так як ми взяли для досліду монети часів СРСР 5 копійок, вироблених з мідно-цинкового сплаву, можна стверджувати, що темний наліт, яким були вкриті ці монети – це шар чорного купрум (ІІ) оксиду. При контакті з трилоном Б відбулась реакція заміщення йонів Na+ на йони Cu2+ , при цьому утворилась розчинна сполука Купруму, що й обумовила забарвлення розчину. При цьому в лужному розчині синьо-зелене забарвлення з’явилось раніше і було інтенсивніше, хоча монети візуально очистилися від оксидної плівки однаково в обох розчинах.

 За результатами експерименту можемо зробити висновки, що Трилон Б є, безперечно, високоефективним засобом, який за відносно короткий проміжок часу здатний деструктувати старі тверді забруднення з нерозчинних сполук металів (оксидів і солей).

 

 

2.2. Застосування трилону Б для захисту нагрівача пральної машини від накипу

   Цей дослід був проведений нами задля того, щоб довести здатність трилону Б діяти навіть на великі об’єми твердих забруднень з нерозчинних солей.

Об’єктом дослідження став старий нагрівач з пральної машини з товстим шаром білого накипу (рис. 2.1).

Рис. 2.1 Нагрівач пральної машини, вкритий шаром накипу

 

Нами був приготований насичений розчин трилону Б. Для наочності досліду стакан був заповнений розчином так, щоб можна було чітко побачити результати експерименту.  Вже з перших хвилин була змога побачити повільне, проте яскраво виражене відшарування невеликих частинок накипу з нагрівача.

За час проведення досліду, що склав близько двадцяти двох годин, ми отримали яскравий результат. Частина нагрівача, що знаходилася у розчині, була очищена близько на дев’яносто відсотків (рис. 2.2).

 

Рис. 2.2 Частина нагрівача (нижня), що перебувала в розчині трилону Б, очищена від накипу

Як бачимо, трилон Б є ефективним й проти великої кількості твердого накипу. Проте, слід зазначити, що за час проведення досліду трилон Б не повність зв’язав солі, що осіли на дні хімічної склянки. Тому, не дивлячись на високу ефективність досліджуємого засобу, для повноцінної дії трилону Б необхідно достатньо часу.

Результати експерименту дають підстави запропонувати використовувати трилон Б для очищення нагрівальних  елементів пральних машин від накипу. Таким чином можна припинити додавати фосфати до пральних порошків, що суттєво покращить екологічний стан навколишнього середовища. При цьому при використанні безфосфатних порошків можна рекомендувати час від часу застосовувати препарат трилон Б для позбавлення накипу. Виробники та ремонтники пральних машин рекомендують зараз для очищення нагрівача від накипу застосовувати лимонну кислоту. Звісно, кислота добре реагує з карбонатами кальцію та магнію, які є основою накипу, але при цьому може мати негативний вплив на матеріали корпусу машини та гуму. Тому застосування трилону Б є і з цих міркувань привабливим.

 

2.3. Порівняння води, розчинів Трилону Б та фосфатів як поживного середовища для мікроорганізмів

 

Розглядаючи трилон Б як засіб, який можна рекомендувати для очищення нагрівачів пральних машин від накипу, потрібно переконатись в його безпечності для довкілля. Зважаючи на данні, що широко використовуванні поліфосфати є надзвичайно поживним середовищем для мікроскопічних форм життя, через які з’являється проблема забруднення водойм, ми дослідили розчини Натрій фосфату, трилону Б як субстрати для мікроорганізмів. В якості контролю була взята звичайна вода з водогону.

Дослід був проведений у трьох  хімічних склянках, в які були поміщенні розчини трилону Б (1г на 100 мл води), Na3PO4(1г на 100 мл води) та  вода. Всі середовища, що досліджувались, були взяті в об’ємі 100 мл.  

В якості поживного середовища для мікроорганізмів стала м’якоть яблука (30г на кожну склянку) ( рис.2.3).

 

Рис. 2.3 Поживне середовище для мікроорганізмів з м’якоті яблука.  Зліва- праворуч: 1- з водою, 2- з розчином трилону Б, 3 – з розчином натрій ортофосфату.

 

Після додання яблука до розчинів склянки були поставлені у тепле місце (приблизно 25˚С).

Через три дні відбулися наступні зміни: у водному та фосфатному розчинах відбулося достатньо чітке розшарування, яблучна суміш піднялась вгору, в розчині з трилоном Б яблучна м’якоть розташовувалась рівномірно по всьому об’єму склянки. У розчині з натрій ортофосфатом були виявлені ознаки бродіння – бульбашки газу у товщі завису.

На четвертий та п’ятий дні на поверхні водного розчину окремими плямами з’явилася зелена цвіль ( рис.2.4), а на поверхні розчину Na3PO4 – чорні утворення ( рис.2.5).

Рис. 2.4 Зелена цвіль на поживному середовищі яблуко-вода

 

 

 

 

 

Рис. 2.5 Чорна цвіль на поживному середовищі яблуко-розчин Na3PO4

В поживному середовищі яблуко - розчин трилону Б ознак бродіння, цвілі за цей термін не з’явилося.

Таким чином, якщо трилон Б широко використовувати для очищення нагрівачів пральних машин від накипу, це не викличе таких негативних наслідків як «цвітіння» води, як це має місце з поліфосфатами.

               В той же час мене зацікавило питання, чому в поживному середовищі з трилоном Б цвіль не з’явилась навіть через два тижні експерименту. Можливо, ця речовина діє як консервант? Задав в пошуковику Інтернет «трилон Б консервант», я знайшов багато посилань на той факт, що, виявляється, ця речовина використовується навіть як харчова добавка! Під номером Е386 натрій етилендіамінтетраацетат використовується в харчовій промисловості як антиоксидант, дозволений для використання в Україні та Росії. Його додають при виробництві маргарину, соусів, рослинних консервів і консервів з морепродуктів, фруктових соків у кількості 75-100 мг/кг. Зазначається також, що трилон Б має також і консервуючу дію, зв’язуючи Кальцій з бактеріальних мембран. Саме таку дію, думаю, і проявив трилон Б в субстраті з яблуком. Тому й не розмножилися бактерії в склянці з цією речовиною. Як же будуть впливати викиди з пральних машин на мікрофлору водойм (а те, що ці викиди в решті решт будуть саме туди потрапляти, не викликає сумнівів)? Чи не порушиться баланс мікроорганізмів?  Такого не повинно статися, тому що у викиди потрапляє вже не натрієва сіль етилендіамінтетраоцтової кислоти, а вже продукт реакції - міцний хелатний комплекс з Кальцієм та Магнієм. Навіть якщо у воду потрапить надлишок трилону Б, то, пройшовши через труби каналізації, він вступить в реакцію з Ферумом, у водойми знов таки потрапить міцний комплекс.   Отже, можна зробити висновок, що масове використання трилону б для очищення нагрівальних елементів є екологічно безпечним.

 

 

 

 

 

ВИСНОВКИ

1.         Трилон Б є високоефективним засобом для зв’язування йонів різних металів. Це було чітко виявлено у досліді з очищення монет, оскільки цілком очевидно, що шар забруднень був сформований з солей або інших сполук декількох металів. Цю речовину можна використовувати для швидкого очищення монет та інших поверхонь від стійких забруднень продуктами окиснення металів.

2.         Трилон Б можна застосовувати для очищення від накипу поверхні нагрівальних елементів. Ефективність використання Трилону Б збільшується при рН близько 10, тому при використанні його для очищення поверхонь приладів від накипу можна добавляти в розчин кальцинованої соди, що призведе до зміни середовища на лужне.

3.         Використання трилону Б для очищення нагрівальних елементів є екологічно безпечним, оскільки у викидах, що потрапляють у природні водойми, міститься вже міцний комплекс, а не сама діюча речовина (яка сама по собі не є токсичною).  Трилон Б є екологічно безпечною речовиною, його можна рекомендувати до використання як засіб, що усуває накип з нагрівальних елементів пральних машин, тим самим істотно зменшити застосування     поліфосфатів у пральних порошках. Заміна систематичного використання поліфосфатів на Трилон Б призведе до зміни екологічної ситуації мегаполісів на краще.  

 

 

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1.     Антиоксидант Е386 (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) [Електронний ресурс]. – Режим доступу:  http://am-am.su/211-antioksidant-e386-dinatrievaya-sol-etilendiamintetrauksusnoy-kisloty.html

2.     Жаровський С.Г. , Пилипенко А.Т. , П’ятницький І.В. Аналітична хімія. Київ, „Вища школа”, 1982.

3.     Зеин А.А., Белоусова Н.В. «Гидрохимический словарь» Гидрометеоиздат, Л., 1988

4.     Кульский Л.А., Сиренко Л.А., Шкваро З.Н. Фитопланктон и вода. Киев, «Наукова думка», 1986.

Інтернет-ресури:

5.     http://infosmi.net/other/1448-v-ukraine-perestanut-ispolzovat-fosfaty-v-stiralnykh-poroshkakh

6.     http://numizmat.ru/forum/showthread.php?t=66112

7.   http://mylo.sells.com.ua/trilon-b-50-g