Chelant Science

chelant, czasami określany jako sekwestrant lub budowniczy, jest wyspecjalizowaną cząsteczką zaprojektowaną do wiązania dodatnio naładowanych jonów metali, najczęściej wapnia i magnezu, w roztworze, a tym samym zapobiegania tworzeniu się nierozpuszczalnych osadów z innymi jonami, które mogą być obecne. Istnieją dwa podstawowe rodzaje chelatów, określane jako twarde i miękkie:

• chelaty twarde, na przykład EDTA (kwas etylenodiaminowo-tetraoctowy) i NTA (kwas Nitrylo-trioctowy), tworzą bardzo stabilne kompleksy z 1:1 Stechiometria. Oznacza to, że jedna cząsteczka EDTA reaguje z pojedynczym Jonem metalu.
• miękkie chelaty, na przykład polimery akrylu i kwasu maleinowego, tworzą mniej stabilne kompleksy i działają poprzez zapobieganie wzrostowi kryształów, a nie przez prawdziwą chelatację.

zarówno jony wapnia, jak i magnezu tworzą bardzo stabilne, nierozpuszczalne osady z jonami węglanowymi. Wodorowęglan jest wszechobecny w wodach powierzchniowych. Jest deprotonowany, aby uzyskać węglan o wysokim pH większości preparatów czyszczących. Nierozpuszczalne osady są trudne do usunięcia bez użycia kwaśnego środka czyszczącego. Te trudne do usunięcia osady nazywane są twardą wodą, a zatem woda zawierająca jony wapnia i magnezu nazywana jest twardą wodą. Istnieją dwie wspólne metody radzenia sobie z twardą wodą. Pierwszym z nich jest użycie zmiękczonej wody. Zmiękczona woda usuwa jony wapnia i magnezu. Często osiąga się to poprzez zastosowanie zmiękczacza wody, który wymienia jony sodu na jony wapnia i magnezu w roztworze. Drugą metodą jest zastosowanie chelatorów w preparacie środka czyszczącego. Chelatowanie jonów wapnia i magnezu w roztworze również skutecznie zapobiega powstawaniu tych złogów.

jony wapnia i magnezu również tworzą nierozpuszczalne wytrąca z wielu anionowych środków powierzchniowo czynnych, w szczególności karboksylanów kwasów tłuszczowych (mydła). Tworzenie kompleksów mydła wapniowego jest tak skuteczne, że stężenie wolnego środka powierzchniowo czynnego dostępnego do czyszczenia zmniejsza się do skutecznego zera, aż cały wapń zostanie usunięty z roztworu, albo przez chelatację, albo przez utworzenie nierozpuszczalnego adduktu mydła. Bez chelatu obecnego w produkcie czyszczącym konieczne byłoby zastosowanie większej ilości środka powierzchniowo czynnego w celu zapewnienia skutecznego stężenia wolnego środka powierzchniowo czynnego do czyszczenia. Innymi słowy, konsument musiałby użyć więcej środka czyszczącego, aby uzyskać pożądany rezultat. Ponadto nierozpuszczalny addukt mydła wapniowego wytrąca się z roztworu na oczyszczoną powierzchnię, co prowadzi do obskurnego wyglądu i sztywnego odczucia na umytej tkaninie. Tak więc chelatory stosowane do tych celów są czasami określane jako „Budowniczowie”, ponieważ pomagają budować na wydajności środka powierzchniowo czynnego.

oprócz zmiękczania wody z roztworu czyszczącego, chelaty są również skuteczne w usuwaniu niektórych plam, zwłaszcza tych, które mają wysokie stężenie wapnia, takich jak plamy z sera. Plamy mają złożoną i zróżnicowaną strukturę molekularną, a wiele z nich zawiera jony metali sieciujące i stabilizujące strukturę plam. Chelaty obecne w roztworze czyszczącym wiążą się z różnymi jonami metali, pomagając usunąć je z plamy, osłabiając tym samym strukturę plamy i ułatwiając jej usunięcie.

poza wapniem i magnezem chelaty wiążą się ze wszystkimi polywartościowymi jonami metali w roztworze. Żelazo i mangan, chociaż mniej rozpowszechnione, mogą również prowadzić do znaczących problemów z czyszczeniem, w tym tworzenia nierozpuszczalnych osadów, takich jak tlenek żelaza, rdza i dwutlenek manganu. Dlatego specjalne środki czyszczące są często formułowane z wysoce wydajnymi chelatorami żelaza, aby wiązać się z tymi jonami, ponownie eliminując problemy, które mogłyby spowodować … lub pomagając wyeliminować rdzę i plamy żelaza, które już powstały.

poniższa tabela przedstawia wiele przykładów czynników chelatujących stosowanych w preparatach i ich teoretyczną zdolność do wiązania lub sekwestrowania wapnia z wody w celu poprawy wydajności czyszczenia: