הכימיה של מכונת הכביסה

כשאצילי רומא העתיקה היו צריכים לכבס את הטוניקה, הם נעזרו בשירותיה של המכבסה העירונית. במכבסה הרומית לא הייתה אבקת כביסה וגם לא מרכך. כדי לנקות את הבגדים נהגו הכובסים לפזר ברחובות רומא מכלים גדולים לאיסוף שתן. מהם היו רוקחים תערובת של שתן, מים ועפר ומשרים בה את הבגדים המלוכלכים. בתוך המכל, עבדים או פועלים שכירים דרכו על הבגדים ברגליהם היחפות ושפשפו אותם. בסוף התהליך הברישו את הבגדים והניחו להם להתייבש בשמש.

במבט ראשון, הרעיון של ניקוי בגדים בעזרת שתן, עפר ורגלי עבדים נשמע מוזר. אולם אותם עקרונות פועלים גם במכונת כביסה מודרנית: שילוב של כימיה (שתן ועפר במקרה הרומאי), מים, ופעולה מכנית (עבדים) הוא מה שנחוץ לניקוי בגדים. אז איך בדיוק עובדת מכונת כביסה מודרנית? מה באבקת הכביסה ובנוזל מנקה את הבגדים? מה סודם של "מסירי כתמים"?

לכבס דרך הרגליים. אמבט ששימש כנראה לכביסה באמצעות דריכת עבדים על הכבסים בפומפיי שבאיטליה | צילום: Shutterstock

בסיס קליטה ומיון

בגדים רבים נושאים תווית ובה הוראות מפורטות לאופן שבו יש לכבס אותם. את חלקם מותר לכבס רק במים קרים, אחרים אי אפשר לייבש במייבש כביסה, ובדרך כלל מומלץ לכבס בגדים צבעוניים ולבנים בנפרד. אילו היינו צריכים להפריד בגדים לא רק לפי צבע הבגד או סוג הבד אלא גם לפי סוג הלכלוך, השימוש במכונת הכביסה היה הופך מסורבל ביותר. כדי לחסוך מאיתנו מיונים כאלה, אבקת כביסה או הנוזל מכילים לרוב מגוון חומרים, שכל אחד מהם נועד לנקות סוג אחר של לכלוך או כתם. כך אפשר לרוב להסיר כתמי זיעה, שאריות מזון, בוץ או צבע עם תכשיר אחד.

מכיוון שמכונת כביסה מבוססת על שטיפה במים, הדבר הראשון שצריך לוודא הוא שהמים יתאימו לכביסה, בדומה למה שנעשה במדיח כלים. מי ברז רגילים מכילים מתכות כמו מגנזיום (⁺Mg²) וסידן (⁺Ca²). הנוכחות שלהם במים עלולה להפריע לפעולתם של חלק מרכיבי חומרי הניקוי. אחת הדרכים הנפוצות לנטרל את המגנזיום והסידן הוא לכלוא אותם במולקולות אחרות. למשל יון הציטראט (^-C₆H₅O₇³) בעל המטען החשמלי השלילי, שמתקבל מהמסת חומצת לימון במים, יכול לקשור את יוני המגנזיום והסידן בעלי המטען החיובי. החומרים שנועדו לנטרל את הסידן והמגנזיום מכונים "בנאים", ומהווים כ-50 אחוז ממשקלה של אבקת הכביסה.

לבנאים יש תרומה נוספת: הם גם מקטינים את מתח הפנים של המים. מים בעלי מתח פנים גבוה נוטים ליצור טיפות עגולות יותר, ולכן הן באות פחות במגע עם משטח הבד. החלשת מתח הפנים גורמת לכך שאותה כמות של מים נמרחת על שטח גדול יותר, וכך מייעלת את השטיפה.

חיילים פשוטים נגד שומנים

אחרי שהבנאים הכשירו את המים לשימוש, נכנסים לתמונה חפ"שים. אבל לא, איננו מתכוונים פה לחיילים פשוטים, אלא ל"חומרים פעילי שטח". ובדומה לחפ"שים הצבאיים, גם הם מבצעים חלק ניכר מהעבודה הקשה.

חומרים פעילי שטח מורכבים משרשראות של פחמן ומימן, שקצה אחד שלהן נמשך למים (הידרופילי) והקצה השני דוחה מים (הידרופובי) ונמשך לשומן. כשחפ"ש פוגש חומר שומני, הזנב ההידרופובי שלו נקשר לשומן והראש ההידרופילי נותר מומס במים. כשקבוצה של חפשי"ם מקיפה טיפת שומן, הטיפה מתנתקת מהבגד ונשטפת עם זרם המים. כעת אפשר להבין למה חשוב לנטרל את הסידן והמגנזיום במים: המתכות האלה עלולות להיקשר לראשים ההידרופיליים של החפ"שים וכך לפגוע ביכולתם להתמוסס במים.

קבוצה אחרת של חומרים, שקצת מפתיע למצוא בתוך אבקת כביסה הם אנזימים – חלבונים שמזרזים תגובות כימיות מסוימות. לאבקת הכביסה נהוג להוסיף אנזימים שמתמחים בפירוק שומנים, חלבונים ועמילנים, כולם נפוצים בכתמי מזון. באבקת כביסה לתינוקות ולבעלי עור רגיש אין אנזימים, מכיוון שהם עלולים לגרות את העור.

למרות הפרסומות, התכשירים לא באמת מסירים כתמים, רק משנים אותם. פרסומת לנוזל כביסה | איור: Shutterstock

גלימת היעלמות מדעית

לפעמים מים, חפ"שים ואנזימים לא מועילים מספיק, כיוון שהבגד התלכלך בכתמים קשים להסרה כמו תות או סלק. כדי להבין מדוע כתמים מסוימים קשים להסרה, צריך להבין קודם מהו צבע ואיך הוא קשור לכתם.

חומר צבעוני הוא חומר שבולע חלק מהאור באורכי הגל של האור הנראה (700-400 ננומטר (מיליוניות המילימטר) ומחזיר חלק אחר. התות, למשל, נראה אדום מכיוון שהוא בולע אור באורכי גל באזור הכחול ואילו האור האדום חוזר ממנו לעינינו.

מה שנותן לתות את צבעו האדום היא מולקולת צבען (פיגמנט) ממשפחת האנתוציאנידינים (Anthocyanidins), שהמבנה הכימי שלה גורם לה להיראות אדומה. כדי להסיר את הצבע האדום מבגד שהוכתם בתות אפשר אמנם לנסות להסיר את הצבען, אך בשל המבנה הכימי שלו הוא נקשר חזק לבגדים וקשה להסיר אותו. לכן רוב מסירי הכתמים לא באמת מסירים אותם, אלא גורמים להם להפוך בלתי נראים. איך זה קורה?

כשמרססים מסיר כתמים על כתם, אנחנו בדרך כלל תוקפים את הכתם בעזרת חומר מחמצן (למשל מי חמצן- H₂O₂) – חומר שגוזל אלקטרון מהצבען וכך משנה את המבנה שלו. השינוי הזה משפיע על האופן שבו הצבען בולע אור וגורם לו לא לבלוע כלל אור בטווח הנראה. כך הכתם נעלם מעינינו. גם חשיפה ממושכת של כתם לאור השמש יכולה להסיר אותו בדרך דומה: הקרינה העל-סגולה מהשמש יכולה לשנות את המבנה הכימי של הצבען, להשפיע על האופן שבו הוא בולע אור וכך להעלים אותו. כדאי לקחת בחשבון עם זאת שמאותן סיבות בדיוק חשיפה ממושכת של בגד לאור השמש עלולה לגרום לא רק להסרת כתמים, אלא גם לדהיית הצבע המקורי שלו.

רוב אבקות הכביסה מכילות רק ריכוז נמוך יחסית של חומר מחמצן, כדי לאפשר הסרת כתמים בלי לפגוע בצבע המקורי של הבגדים. מסירי כתמים ייעודיים מכילים לרוב ריכוז יותר גבוה של חומר מחמצן. מסירי כתמים המיועדים לכביסה לבנה יכילו לרוב ריכוז גבוה יותר של חומרים מחמצנים, שכן אין סיבה לחשוש שיסירו את הצבע מהבגד.

העדפה לתכשיר כביסה יכולה להתבסס על נסיון אישי או סתם על פרסומות מוצלחות. תכשירי כביסה | איור: Shutterstock

רשימת החומרים בנוזל ובאבקה דומה מאוד: שניהם מכילים בנאים, חומרים פעילי שטח, אנזימים, מסיר כתמים כלשהו ובושם ההבדל העיקרי ביניהם הוא מצב הצבירה של החומר – אבקה או נוזל. יש הטוענים כי ההבדל במצב הצבירה משמעותי, מכיוון שלעתים אבקת הכביסה מתמוססת בצורה פחות טובה במים מאשר נוזל, שאינו צריך להתמוסס.

בנוסף, בעוד אבקות כביסה רבות משווקות בקופסאות קרטון, נוזל כביסה מאוחסן במכלי פלסטיק גדולים, שהשלכתם לפסולת משפיעה לרעה על הסביבה. למרות הבדלים אפשריים אלו, ג'ים קירבי (Kirby), מהמכון לניקוי יבש וכביסה בארצות הברית טוען כי "הנוזל והאבקה מתבססים על אותה כימיה ואין לאף אחד מהם יתרון משמעותי על השני". בסופו של דבר מדובר כאן בהעדפה אישית שיכולה להתבסס על ניסוי וטעייה או על שיווק מוצלח של היצרנים. מבחינה אובייקטיבית אין הבדל מהותי בין נוזל ואבקה.

המבנה הפנימי של התוף מגביר את החיכוך עם הבגדים ומסייע בהסרת הכתמים. מכונת כביסה | צילום: Shutterstock

שפשוף קל

בשנת 1874 העניק הסוחר ויליאם בלקסטון (Blackstone) מאינדיאנה מתנת יום הולדת יקרת ערך לאשתו: מכונת כביסה ביתית, שהייתה כנראה הראשונה – או לפחות אחת הראשונות. המכונה שלו הייתה חבית עץ שלחלקה הפנימי חוברו גלילי עץ אנכיים שנועדו להגברת החיכוך עם הבגדים. כדי לכבס בה היה על גברת בלקסטון להכניס למכונה בגדים מלוכלכים עם מי סבון ולסובב את החבית בעזרת ידית. למרות הצורך בסיבוב ידני, עדיין היה במכונה של בלקסטון שדרוג משמעותי. במקום לשפשף את הבגדים בעזרת רגלי עבדים רומיים או מתקנים מעט חדישים יותר כמו קרש כביסה, סיבוב התוף גרם לכך שהבגדים התחככו זה עם זה וגם עם התוף. הגברת החיכוך בעזרת סיבוב התוף מסייעת בהסרת כתמים, ממש כמו שאנחנו עושים כאשר אנו משפשפים ידנית כתם עיקש במיוחד.

המכונה של בלקסטון עברה גלגולים ושדרוגים רבים עד שהגיחו לאוויר העולם מכונות הכביסה המודרניות. ועדיין, בזכות העקרונות הפיזיקליים שיסודם במכונה הפשוטה הזאת, יחד עם הכימיה העשירה שעושים בה שימוש כיום, אנחנו צריכים להשקיע הרבה פחות זמן בכביסה, וגם מקבלים בגדים הרבה יותר נקיים.