למה קשה לנקות שומנים מכלי פלסטיק?

כשרוחצים כלי פלסטיק מלוכלך בשמן, בניגוד לרחיצת צלחות זכוכית, יש להשקיע מאמץ רב, ולפעמים מספר מחזורי סיבון ושטיפה כדי להסיר את השומן מהפלסטיק. כדי להבין למה, צריך להבין איך עובדים סבונים (או דטרגנטים / חומרים פעילי שטח המסירים שומנים). באופן כללי, סבונים מסירים לכלוך ושומן על ידי כך שהם מאפשרים את המסתם במים.

כדי שחומרים ימסו זה בזה עליהם להיות דומים אחד לשני מהבחינה הכימית, ובעיקר מבחינת רמת ה"קוטביות החשמלית" שלהם. חומרים מקוטבים חשמלית נוטים להתמוסס היטב בתוך ממסים מקוטבים חשמלית. מלח בישול, למשל, הוא חומר מאוד מקוטב חשמלית מיונים - אטומים בעלי מטען חשמלי - ועל כן המלח נמס היטב בתוך מים, שהם חומר מאוד מקוטב חשמלית. מנגד, חומרים לא מקוטבים חשמלית נוטים להתמוסס בתוך ממסים לא מקוטבים חשמלית. למשל, איפור או אודם, שעשויים בעיקר מתרכובות אורגניות לא מקוטבות חשמלית, לא נמסים טוב במים, אבל נמסים מצויין בתוך שמן פארפין ("שמן תינוקות") שדומה להם מבחינת החוסר הקיטוב החשמלי. לכן קל מאוד להסיר איפור באמצעותו (עוד על מסיסות בתשובה לשאלה 'מה קובע מסיסות של חומרים').

שמן ומים שונים מאוד בקוטביות החשמלית שלהם, ולכן לא מסיסים זה בזה. הסבון הוא חומר מיוחד: המולקולה של הסבון מכילה גם חלק מקוטב חשמלי (מכונה גם ראש פולארי, או ראש הידרופילי - אוהב מים) וגם חלק ארוך (המכונה זנב) שהוא לא פולארי (מכונה גם הידורפובי - שונא מים, או ליפופילי - אוהב שמן). אפשר לראות בתמונה הבאה את המבנה של החלק הפעיל בסבון ואת החלוקה לראש הפולארי והזנב הלא פולארי:

בזכות שני חלקיה מצליחה מולקולת הסבון גם להיות מסיסה במים וגם להמיס שומנים. השומנים נצמדים ל'זנב' הלא פולארי של הסבון (עקב כוחות משיכה חשמליים) בעוד שהראש הפולארי גורם לכל הקומפלקס של הסבון ומולקולת שומן שצמודה אליו להיות מסיס במים.

תחרות בין פלסטיק לשומן

כאשר צריך לנקות פלסטיק שמלוכלך בשמן – הסבון מתחיל להיות בבעיה, וזאת בגלל שהפלסטיקים דומים בהרכבם הכימי לשומן. ההבדל העיקרי הוא ששומנים מכילים שרשראות באורך של כ-20 אטומים מחוברים זה לזה, ובפלסטיקים השרשראות ארוכות יותר. בדיוק כמו בעקרון המסיסות, חומרים דומים זה לזה (מבחינת מולקולרית) מקיימים כוחות משיכה חזקים ביניהם ונדבקים זה לזה (להרחבה אפשר לקרוא את כתבתנו על פקק שעם הנדבק לקערת זכוכית). המצב שנוצר דומה לתחרות משיכת חבל בין הסבון לבין הפלסטיק: הפלסטיק מושך את השומן להיות דבוק אליו, ואילו הסבון מושך את השומן לעברו ולעבר ההמסה שלו במים.

ולכן, המסבן והסבון צריכים לעבוד קשה יותר כאשר מנקים שומנים פלסטיק בהשוואה לזכוכית או מתכת. כלי זכוכית ומתכת מצופים בתחמוצות פולאריות של סיליקון או מתכות, ולכן שומן נדבק אליהם בצורה הרבה יותר חלשה, בהשוואה לפלסטיק. על בסיס ההגיון הכימי הזה הומצא ציפוי הטפלון. הטפלון שונה מבחינה כימית גם ממים וגם משמן. הוא מצופה באטומי פלואור, F, שלא נמצאים בחומרים יומיומיים בדרך-כלל, ושיש להם רמה אלקטרונית מושלמת, ולכן דבר כמעט ולא נדבק אליו.

מימין: המבנה המולקולרי הדומה של סבון שמן ופלסטיק. משמאל: תחרות משיכת חבל. הסבון והפלסטיק מתחרים על משיכת השמן | מקור: נחלת הכלל, ויקיפדיה.

דרך אגב, על בסיס ההגיון הכימי שהוצג למעלה – הומצא ציפוי הטפלון, הטפלון שונה מבחינה כימית גם ממים וגם משמן (מצופה באטומי פלואור, F, שלא נמצאים בחומרים יומיומיים בדרך-כלל, ובעלי רמה אלקטרונית מושלמת) ולכן דבר כמעט ולא נדבק אליו.