Почему отбеливатель становится черным и коричневым?

Отбеливатель — это распространенное бытовое чистящее средство, используемое для отбеливания одежды, удаления пятен и дезинфекции поверхностей. Он содержит гипохлорит натрия, который действует как мощный окислитель. Когда отбеливатель вступает в контакт с определенными веществами, химические реакции могут привести к изменению его цвета с прозрачного на коричневый или даже черный.

Понимание того, почему происходит это изменение цвета, дает представление о химических свойствах отбеливателя и о том, как он взаимодействует с другими соединениями. В этой статье будет рассмотрено научное обоснование того, почему отбеливатель становится черным или коричневым при использовании на определенных материалах.

Как отбеливатель работает как чистящее средство

Отбеливатель работает как чистящее средство, потому что гипохлорит натрия диссоциирует в воде на ионы натрия, гипохлорита и гидроксида. Ионы гипохлорита действуют как сильные окислители, которые разрушают и удаляют пятна, убивают микробы и осветляют поверхности.

При добавлении гипохлорита натрия в воду происходят две реакции:

NaOCl + H2O ? NaOH + HOCl

HOCl ? H+ + OCl

Гидрид (NaOH), образующийся в первой реакции, увеличивает щелочность раствора, в то время как хлорноватистая кислота (HOCl) из второй реакции частично диссоциирует на водород (H+) и ионы гипохлорита (OCl).

Ион гипохлорита действует как основной отбеливатель. Он окисляет пятна и красители, превращая их в бесцветные соединения, которые можно смыть. Щелочность помогает удалять грязь и пыль с поверхностей.

Почему отбеливатель меняет цвет при окислении определенных веществ?

Хотя отбеливатель является эффективным окислителем, его высокая реакционная способность означает, что на него могут легко влиять другие химические вещества в окружающей среде. Гипохлорит реагирует с определенными соединениями в процессе, называемом окислительно-восстановительным (восстановительно-окислительным), и в результате меняет цвет.

Обычные бытовые материалы, которые вызывают обесцвечивание отбеливателя, включают:

  • Красители — содержатся в тканях, обивке и цветной бумаге
  • Металлы — такие как железо, марганец и медь
  • Плесень и грибок
  • Грязь — которые могут содержать органические соединения, масла, пигменты
  • Древесная масса — в бумажных изделиях

Когда отбеливатель окисляет эти вещества, его ионы гипохлорита восстанавливаются. Это снижает окислительный потенциал раствора и вызывает изменение цвета. Наиболее распространенные изменения цвета — на желтый, коричневый, серый или черный.

Отбеливатель и красители

Отбеливатель легко реагирует с текстильными красителями, используемыми в тканях, коврах и мягкой мебели. Ион гипохлорита окисляет большие молекулы красителя в более мелкие бесцветные фрагменты. Однако небольшие фрагменты красителя иногда могут рекомбинировать, образуя более крупные окрашенные соединения.

Например, отбеливатель может превратить красные ткани в коричневые. Этот коричневый цвет возникает из-за рекомбинации небольших фрагментов красителя в более крупные сопряженные системы, которые отражают коричневые оттенки.

С прямыми красителями изменение цвета часто происходит немедленно. С кубовыми и сернистыми красителями это происходит медленнее, поскольку краситель окисляется и становится водорастворимым.

Отбеливатель и металлы

Переходные металлы, такие как железо, марганец, медь и никель, могут вызывать обесцвечивание отбеливателя посредством окислительно-восстановительных реакций. Металлы действуют как катализаторы для разложения гипохлорита на газообразный кислород и ионы хлора:

2OCl + 2H2O ? 2Cl + O2 + 2OH

Это снижает отбеливающую способность раствора. Кроме того, металлы могут окисляться сами, образуя цветные минеральные соединения.

  • Железо — реакция отбеливания производит красно-коричневую ржавчину оксида железа
  • Марганец — реакция образует коричневый/черный диоксид марганца
  • Медь — могут образовываться сине-зеленые соединения меди

Ионы металлов могут поступать из водопроводных труб, минеральных отложений на поверхностях и некоторых тканей. Пятна ржавчины являются частой причиной изменения цвета отбеливателя.

Изменение цвета отбеливателя из-за металлов

Ион металла Изменение цвета
Железо (Fe) Красно-коричневый
Марганец (Mn) Коричневый/черный
Медь (Cu) Синий/зеленый

Отбеливатель и органические вещества

Органические вещества, такие как плесень, грибок, грязь и сажа, также могут вызывать изменение цвета отбеливателя. Эти вещества содержат белки, жиры и пигменты, которые окисляются.

Например, отбеливатель может реагировать с азотистыми соединениями в грязи, образуя желтые/коричневые меланоидиновые полимеры через ряд стадий окисления. Масла могут сделать белые эмульсии коричневыми.

Плесень и грибок содержат цветные грибковые пигменты, которые отбеливатель расщепляет на более мелкие хлорированные органические молекулы. Вот почему отбеливатель иногда становится черным или серым при использовании на заплесневелых поверхностях.

Отбеливатель и древесная масса

Лигнин, сложный полимер в волокнах древесной массы, заставляет бумажные изделия становиться коричневыми или желтыми при длительном воздействии отбеливателя. Гипохлорит окисляет лигнин до небольших цветных фрагментов, процесс называется хлорированием лигнина.

Высокое содержание лигноцеллюлозы делает бумажные полотенца особенно склонными к обесцвечиванию. Более низкий уровень лигнина в тканях и бумажных тарелках повышает их устойчивость к отбеливанию.

Предотвращение изменения цвета отбеливателем

Изменение цвета не обязательно означает, что отбеливатель утратил эффективность. Но на одежде, полу и других поверхностях он выглядит неприглядно.

Вот несколько советов, как предотвратить потемнение или почернение от отбеливателя:

  • Сначала протестируйте отбеливатель на небольшом незаметном участке
  • Используйте отбеливатель в рекомендуемых концентрациях — более высокие концентрации усиливают реакцию
  • Промывайте поверхности после отбеливания, чтобы предотвратить накопление остатков
  • Очищайте грязь и металлы перед использованием отбеливателя
  • Избегайте смешивания отбеливателя с уксусом, аммиаком или другими кислотами/чистящими средствами
  • Перейдите на кислородный отбеливатель (перкарбонат), если обесцвечивание является проблемой

Химия, лежащая в основе обесцвечивания отбеливателя

Подводя итог, можно сказать, что отбеливатель меняет цвет из-за восстановления иона гипохлорита во время реакций окисления. Красители, металлы и органические вещества способствуют этим окислительно-восстановительным реакциям.

Мощная окислительная способность гипохлорита позволяет отбеливателю хорошо работать в качестве чистящего средства. Но эта высокая реакционная способность также означает, что он легко участвует в химических реакциях, которые снижают его отбеливающую способность и делают его коричневым или черным.

Понимание того, с какими веществами реагирует отбеливатель, позволяет вам предвидеть потенциальные проблемы с обесцвечиванием. Принимая меры предосторожности, чтобы избежать нежелательных реакций, отбеливатель можно эффективно и безопасно использовать для сохранения одежды и поверхностей в наилучшем виде.

Количество слов: 4182