I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La saponificación es la reacción de un éster y agua que produce la sal de un ácido y un alcohol. Es el proceso de fabricación del jabón, el cual se obtiene al calentar grasas y aceites con una solución acuosa alcalina, de forma que el grupo éster se hidroliza para dar glicerol y una mezcla de sales alcalinas de los ácidos grasos; el jabón lo constituye la mezcla una vez purificada del exceso de álcali.
Muchos ácidos carboxílicos se encuentran en los productos naturales, pero no como ácidos libres, sino combinados con alcoholes, generalmente glicerina, en forma de ésteres. Así, la mayor parte de las grasas naturales son ésteres de la glicerina con ácidos carboxílicos alifáticos de cadena larga, por lo que se les suele llamar ácidos grasos. Por saponificación de estas grasas en una disolución acuosa de un álcali, como el hidróxido de sodio, se obtienen los jabones, que son las sales alcalinas de los ácidos grasos de cadena larga.
II. MACRO TEÓRICO
a) Grupos Funcionales.
- Carboxilo
Un ácido carboxílico es un compuesto orgánico que contiene un grupo carboxilo.
En las fórmulas químicas, este grupo característico unido a un resto orgánico R se representa como COOH y se denomina grupo carboxilo, grupo carboxi, o simplemente carboxilo.
Las moléculas que contienen este grupo funcional se llaman ácidos carboxílicos o ácidos orgánicos.
Como dice el nombre, tienen propiedades ácidas; los dos átomos de oxígeno son electronegativos y tienden a atraer a los electrones del átomo de hidrógeno del grupo hidroxilo, por lo que de esta forma se debilita el enlace y es más fácil que se ceda el correspondiente protón, H+, quedando el anión del ácido, RCOO–. Además, en este anión, la carga negativa se distribuye (se deslocaliza) simétricamente entre los dos átomos de oxígeno, de forma que los enlaces carbono-oxígeno adquieren un carácter de enlace parcialmente doble.
No son unos ácidos muy fuertes, pero sí más que otros en los que no se produce esa deslocalización electrónica, como por ejemplo los alcoholes. Los ácidos carboxílicos reaccionan con bases para formar sales. En estas sales el hidrógeno del grupo OH se reemplaza con el ion de un metal.
- Éster
En química, los ésteres son compuestos orgánicos en los cuales un grupo orgánico (simbolizado por R’ en este artículo) reemplaza a un átomo de hidrógeno ( o más de uno) en un ácido oxigenado. Un ácido oxigenado es un ácido cuyas moléculas poseen un grupo -OH desde el cual el hidrógeno (H) puede disociarse como un ion H+.
Los ésteres más comunes son los ésteres carboxilados, donde el ácido en cuestión es un ácido carboxílico. Por ejemplo, si el ácido es el ácido acético, el éster es denominado como acetato. Los ésteres pueden también ser formados por ácidos inorgánicos; por ejemplo, el dimetil sulfato, es un éster, a veces también llamado «ácido sulfúrico, dimetil éster».
En química orgánica y bioquímica los ésteres son un grupo funcional compuesto de un radical orgánico unido al residuo de cualquier ácido oxigenado, orgánico o inorgánico.
Los ésteres más comúnmente encontrados en la naturaleza son las grasas, que son ésteres de glicerina y ácidos grasos, oleico, etcétera.
La saponificación de los ésteres, llamada así por su analogía con la formación de jabones a partir de las grasas, es la reacción inversa a la esterificación: Los ésteres se hidrogenan más fácilmente que lo ácidos, empleándose generalmente el éster etílico tratado con una mezcla de sodio y alcohol, y se condensan entre sí en presencia de sodio y con las cetonas.
- Alcohol
En química se denomina alcohol (del árabe al-khwl الكحول, o al-ghawl الغول, «el espíritu», «toda sustancia pulverizada», «líquido distilado») (ver origen del término en la desambiguación) a aquellos hidrocarburos saturados, o alcanos que contienen un grupo hidroxilo (-OH) en sustitución de un átomo de hidrógeno enlazado de forma covalente.
Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios, o terciarios, en función del número de átomos de hidrógeno sustituidos en el átomo de carbono al que se encuentran enlazado el grupo hidroxilo.
A nivel del lenguaje popular se utiliza para indicar comúnmente a una Bebida alcohólica, que presenta etanol.
Los alcoholes responden a la fórmula general CnH2n+1OH
Los alcoholes primarios y secundarios son líquidos incoloros y de olor agradable, solubles en el agua en cualquier proporción y menos densos que ella. Los terciarios en cambio son todos liquidos.
Los alcoholes tienen una gran gama de usos en la industria y en la ciencia como solventes y combustibles. El etanol y el metanol pueden hacerse combustionar de una manera más limpia que la gasolina o el gasoil. Por su baja toxicidad y disponibilidad para disolver sustancias no polares, el etanol es utilizado frecuentemente como solvente en fármacos, perfumes y en esencias vitales como la vainilla. Los alcoholes sirven frecuentemente como versátiles intermediarios en la síntesis orgánica.
- Alcóxido
Los alcóxidos o alcoholatos son aquellos compuestos del tipo ROM, siendo R un grupo alquilo, O un átomo de oxígeno y M un ion metálico u otro tipo de catión.
Los alcóxidos se obtienen a partir de los respectivos alcoholes mediante su desprotonación. Se emplean bases fuertes, por ejemplo hidruro de sodio, NaH, o metales alcalinos (normalmente sodio y potasio). En la reacción se desprende hidrógeno.
ROH + NaH → RO–Na+ + H2
En química inorgánica los alcóxidos se emplean como ligandos.
Nomenclatura
Se pueden nombrar con la terminación óxido o como derivados del alcohol que proceden. Por ejemplo, el KOC(CH3)3 se puede nombrar de las siguientes formas:
- terc-butóxido de potasio
- terc-butilato de potasio
b) Fórmulas.
- ácido n.hexadecanoico
Palmítico n-Hexadecanoico CH3[CH2]14COOH
El ácido palmítico es un ácido graso saturado de cadena larga, formado por dieciséis átomos de carbono. Su nombre químico es ácido hexadecanoico.
Es un ácido graso saturado que se encuentra en una gran proporción en el aceite de palma, de ahí su nombre. Es soluble en alcohol y éter, pero no en agua. Tiene un punto de fusión de 63 °C y un punto de ebullición de 271 °C a una presión de 100 mm de mercurio.
Se utiliza en aceites lubricantes, en materiales impermeables, como secante de pinturas y en la fabricación de jabón.
- ácido n.octadecaoico
Esteárico n-Octadecanoico CH3[CH2]16COOH
El ácido esteárico es un ácido graso saturado proveniente de aceites y grasas animales y vegetales. Es un sólido parecido a la cera; su fórmula química es CH3(CH2)16COOH. Su nombre IUPAC es ácido octadecanoico.
Se lo prepara tratando la grasa animal con agua a una alta presión y temperatura. También se lo puede obtener de la hidrogenización de los aceites vegetales. Algunas de sus sales funcionan como tensoactivos (princiapalmente de sodio y potasio). Es muy usado en la fabricación de velas, jabones y cosméticos.
Ácido esteárico, sólido orgánico blanco de apariencia cristalina, de fórmula CH3(CH2)16COOH. No es soluble en agua, pero sí en alcohol y éter. Junto con los ácidos láurico, mirístico y palmítico, forma un importante grupo de ácidos grasos. Se encuentra en abundancia en la mayoría de los aceites y grasas, animales y vegetales, en forma de éster—triestearato de glicerilo o estearina— y constituye la mayor parte de las grasas de los alimentos y del cuerpo humano. El ácido se obtiene por la hidrólisis del éster, y comercialmente se prepara hidrolizando el sebo
El ácido esteárico tiene un punto de fusión de 70 °C y un punto de ebullición de 383 °C.
- Ácido cis/9 octadecanoico
Oleico Ácido cis/9 octadecanoico C18H34O2 C17H33.COOH
El ácido oleico es un tipo de grasa monoinsaturada típica de los aceites vegetales como el aceite de oliva, del aguacate, etc. Ejerce una acción beneficiosa en los vasos sanguineos reduciendo el riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares y hepáticas. Su fórmula química es C18H34O2 (o CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH[1]). Su nombre IUPAC es ácido cis-9-octadecaenoico, y su nombre de taquigrafía de lípido es 18:1 cis-9. La forma saturada de este ácido es el ácido esteárico.
El ácido oleico comprende un 55-80% del aceite de oliva y un 15-20% del aceite de semilla de uvas.
Junto con el ácido esteárico y el ácido palmítico se encuentra, en forma de éster, en la mayoría de las grasas y aceites naturales, sobre todo en el aceite de oliva. Se obtiene por hidrólisis del éster y se purifica mediante destilación.
Se utiliza en la fabricación de jabones y cosméticos, en la industria textil y en la limpieza de metales.
- 1,2,3 propanotriol (Gliceriina)
Glicerina C3H8O3 (1,2,3-propanotriol),
Glicerina es una sustancia incolora, con un sabor dulce a alcohol, de fórmula C3H8O3 (1,2,3-propanotriol), y densidad relativa de 1,26. Tiene un punto de ebullición de 290 °C y un punto de fusión de 18 °C. La glicerina líquida es resistente a la congelación, pero puede cristalizar a baja temperatura. Es soluble en agua en cualquier proporción, y se disuelve en alcohol, pero es insoluble en éter y muchos otros disolventes orgánicos.
Las grasas y aceites simples son ésteres de ácidos grasos y glicerina. Una vez obtenida como producto secundario en la fabricación del jabón después de haber tratado las grasas y aceites con álcali, la glicerina bruta se purifica por destilación.
El propanotriol, glicerol o glicerina (C3H8O3) es un alcohol con tres grupos hidroxilos (OH):
H OH H CH2-OH
| | | |
H---C---C---C---H o OH-CH
| | | |
OH H OH CH2-OH
El propanotriol es uno de los principales productos de la degradación digestiva de los lípidos en el curso del ciclo de Krebs. Se produce también como un producto intermedio de la fermentación alcohólica. El propanotriol, junto con los ácidos grasos, es uno de los componentes de los lípidos simples:
Un lípido simple está formado por una molécula de propanotriol al que se unen por enlaces lipídicos tres moléculas de ácidos grasos. Los ácidos grasos que forman un lípido simple o triglicérido pueden estar saturados de átomos de hidrógeno, por ejemplo cuando no pueden contener más de estos átomos, de modo que todos los enlaces formados son simples.
- Hidróxido de Sodio
(NaOH) hidróxido de sodio
El hidróxido sódico (NaOH) o hidróxido de sodio, también conocido como sosa cáustica o soda cáustica, es un hidróxido cáustico usado en la industria (principalmente como una base química) en la fabricación de papel, tejidos, y detergentes.
A temperatura ambiente, el hidróxido de sodio es un sólido blanco cristalino sin olor que absorbe humedad del aire. Es una sustancia manufacturada. Cuando se disuelve en agua o se neutraliza con un ácido libera una gran cantidad de calor que puede ser suficiente como para encender materiales combustibles.
El hidróxido de sodio es muy corrosivo. Generalmente se usa en forma sólida o como una solución de 50%.El hidróxido de sodio se usa para fabricar jabones, rayón, papel, explosivos, tinturas y productos de petróleo.
c) Distinción entre Aceites, Mantecas y Sebos.
El Aceite
Los Aceite son un grupo de compuestos orgánicos existentes en la naturaleza que consisten en ésteres formados por tres moléculas de ácidos grasos y una molécula del alcohol glicerina. Son sustancias aceitosas, grasientas o cerosas, que en estado puro son normalmente incoloras, inodoras e insípidas. Las grasas y aceites son más ligeros que el agua e insolubles en ella; son poco solubles en alcohol y se disuelven fácilmente en éter y otros disolventes orgánicos.
Estos aceites, a saber: de coco, de palma, marinos, de oliva, de cacahuate, de maíz, o de sésamo, se utilizan combinados con las grasas ordinarias utilizadas en la fabricación de jabón. Se utilizan para jabones especiales con propiedades distintas a las de los jabones comunes. Estos jabones no tienen mucha salida debido a que son muy caros por las materias primas utilizadas.
La manteca
En términos químicos, es un tipo de lípido, un triglicérido, compuesto por ésteres del alcohol glicerina y tres moléculas de ácidos grasos; es sólido a temperatura ambiente. La manteca ocupa el segundo lugar en importancia entre las materias grasas utilizadas para producir jabón. La grasa pocas veces se utiliza sola en las calderas de saponificación; generalmente se utiliza combinada con el sebo. Los jabones hechos con manteca son algo mas blandos que los fabricados con sebo y no tienen el olor y la estabilidad peculiares de los fabricados con sebo. La manteca contiene mayor porcentaje de ácidos grasos sin saturar que el sebo.
Se utiliza para la fabricación de jabones y la preparación de grasas alimenticias. Manteca también se denomina al producto que se obtiene por batido, amasado y posterior maduración de la sustancia grasa de la leche, una vez que se ha separado de ésta.
El Sebo
Es la sustancia grasa producida por las glándulas sebáceas de la piel., se define como el producto de secreción de las glándulas sebáceas de la piel, presentándose en forma de un producto espeso, amarillento y graso, que tiene una función importante en la protección de la piel. Las grasas sirven también como material en bruto para fabricar jabón.
El sebo se utiliza en la fabricación de jabones en mayor cantidad que cualquier otra grasa. Se obtiene fundiendo grasas de ganado vacuno, lanar, caballar, etc., y se clasifica en dos grados comerciales: comestible y no comestible. La mayor parte del sebo utilizado es no comestible.
La diferencia también implica el nivel de grasas saturadas que tiene cada uno de ellos.
Ácidos grasos de los aceites y grasas
GRAMOS DE ÁCIDOS GRASOS CADA 100g
Saturados Monoinsaturados Poliinsaturados
Aceite de cacahuete (maní) 19 48 29
Aceite de cártamo 10 13 72
Aceite de coco 85 6.6 1.7
Aceite de colza 7 57 32
Aceite de girasol 12 20 63
Aceite de maíz 13 25 58
Aceite de oliva 14 70 11
Aceite de palma 45 42 8
Aceite de semilla de algodón 26 21 48
Aceite de soja 15 23 57
Manteca de cerdo 41 44 9
Mantequilla 54 20 2.6
Margarina blanda 25 31 22
Margarina dura 36 33 9
Margarina poliinsaturada 16 21 41
Sebo 48 32 2
*Cantidades de diversos ácidos grasos en aceites y grasas
d) Significado exacto de algunos conceptos.
- Ácido Graso
Ácido orgánico constituido por una cadena larga de carbonos e hidrógenos que tiene en su extremo un grupo carboxilo (-COOH).
Un ácido graso es una molécula orgánica formada por una larga cadena hidrocarbonada, de número par de átomos de carbono, en cuyo extremo hay un grupo carboxilo. Cada átomo de carbono se une al siguiente y al precedente por medio de un enlace covalente sencillo. Al átomo de su extremo le quedan libres tres enlaces que son ocupados por átomos de hidrógeno (H3C-). Los demás átomos tienen libres dos enlaces, que son ocupados igualmente por átomos de hidrógeno ( … -CH2-CH2-CH2- …).
Los ácidos grasos son los componentes de algunos lípidos como las grasas, donde el extremo de la molécula donde se encuentra el grupo carboxilo (-COOH) es el que se combina con uno de los grupos hidroxilos (-OH) de la glicerina (más correctamente propanotriol), reaccionando con él.
Así, por ejemplo, el ácido oleico y el ácido esteárico poseen ambos 18 carbonos, pero el primero presenta un doble enlace en su molécula y el segundo no; el ácido palmítico tiene 16 carbonos.
- Emulsión
Una emulsión es una mezcla estable y homogénea de dos líquidos que normalmente no pueden mezclarse, (son inmiscibles entre ellos), como aceite de oliva y agua. Cuando estos dos líquidos están en un mismo recipiente se denominan fases. Ejemplos comunes de emulsiones son la leche, la mayonesa y el fluido de corte que se emplea en metalurgia. Las emulsiones pueden ser coloides reales o mezclas menos estables, como ciertos aliños de ensalada.
La mayor parte de las emulsiones constan de un líquido polar, como el agua; y otro apolar, como el aceite y la mayoría de disolventes orgánicos. Por este motivo tradicionalmente se denominan agua y aceite a los dos componentes de la emulsión. Cuando la emulsión es estable, uno de los líquidos se encuentra formando pequeñas gotas en el interior del otro.
Un tipo de emulsionante es el detergente, que se une tanto a las grasas como al agua, manteniendo gotas microscópicas de grasa en suspensión. Este principio se utiliza en los preparados lavavajillas, etc.
- pH
|
pH |
| 0,0 |
| 1,5 |
| 2,4 |
| 2,5 |
| 2,9 |
| 3,0 |
| 4,5 |
| 5,0 |
| 5,5 |
| < 5,6 |
| 4,5 a 5,7 |
| 6,5 |
| 7,0 |
| 6,5 a 7,4 |
| 7,35 a 7,45 |
| 8,0 |
| 8,0 |
| 9,0 a 10,0 |
| 11,5 |
| 12,5 |
| 13,5 |
Medida de la concentración del ión de hidrógeno en disolución. Representa el poder del hidrógeno. Como las soluciones que suelen emplearse de ácidos y bases son diluidas y además pueden variar en un gran intervalo, Sorensen propuso una notación, que consiste en caracterizar la acidez o basicidad (son conceptos recíprocos) de una escala logarítmica negativa, la llamada escala de pH.
pH = – log [H+], de donde [H+]=10-pH
Análogamente se puede expresar la concentración de iones OH-:
pOH= -log[OH-], de donde [OH-]=10-pOH.
En la expresión de autoprotólisis del agua:
[h+] [OH-] = kw = 10-14
tomando logaritmos y cambiando de signo:
pH = pOH = pkw = 14
y por tanto,
en medio ácido: pH < pOH; pH < 7
en medio neutro: pH = pOH = 7
en medio básico: pH > pOH; pH > 7
- Grasa o Glicérido
Los glicéridos son ésteres formados por ácidos grasos constituidos por un número de carbonos comprendido entre 12 y 22 y por glicerol. Las grasas sólidas y los aceites líquidos son glicéridos. Se emplean en la fabricación de jabones.
La grasa es un éster de ácidos grasos de cadena larga (habitualmente entre 16 y 18 átomos de carbono) y de glicerol. Las grasas que derivan de ácidos saturados funden a temperaturas superiores y a temperatura ambiente son sólidas; en la industria a las grasas líquidas se las somete a un proceso de endurecimiento, mediante la hidrogenación catalítica de sus dobles enlaces, con el objeto de obtener grasas sólidas, como la margarina.
- Agua Dura
El agua dura es aquella que contiene un alto nivel de minerales (el agua con bajo contenido de minerales es conocida como agua suave) posee cantidades variables de compuestos minerales, en particular sales de magnesio y calcio. Son éstas las causantes de la dureza del agua, y el grado de dureza es directamente proporcional a la concentración de sales metálicas.
El agua dura contiene iones que forman precipitados con el jabón o por ebullición.
Es un agua que no produce espuma, con el jabón. El agua dura forma un residuo grisáceo con el jabón, que a veces altera el color de la ropa sin poder lavarla correctamente, forma una dura costra en las ollas y en los grifos y, algunas veces, tienen un sabor desagradable.
El agua dura puede volver a ser blanda, con el agregado de carbonato de sodio o potasio, para precipitarlo como sales de carbonatos, o por medio de intercambio iónico con salmuera en presencia de zeolita o resinas sintéticas.
- Indicador
En química un indicador es un elemento o dispositivo que muestra cierto cambio según el medio en el cual se encuentra.
Indicador ácido-base
Sustancia cuyo color en disolución depende del pH del medio. Estos compuestos se utilizan para estimar el pH de una disolución. Se trata, generalmente, de compuestos orgánicos complejos de peso molecular medianamente elevado. En disolución, los indicadores se comportan como ácidos o bases débiles.
En las reacciones de disociación, se dan reagrupaciones de estructura interna a las cuales deben sus cambios de color, responsables de las propiedades indicadoras de estos compuestos. La especie predominante, y por tanto el color, depende del pH.
Saponificación
Saponificación es la reacción de hidrólisis en medio alcalino que consiste en la descomposición de un éster en el alcohol y la sal alcalina del ácido carboxílico correspondientes. Es la reacción inversa a la esterificación.
Muchos ácidos carboxílicos se encuentran en los productos naturales, pero no como ácidos libres, sino combinados con alcoholes, generalmente glicerina, en forma de ésteres. Así, la mayor parte de las grasas naturales son ésteres de la glicerina con ácidos carboxílicos alifáticos de cadena larga, por lo que se les suele llamar ácidos grasos.
La saponificación es una reacción química entre lípido saponificable (o un ácido graso) y una base o alcalí, en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho ácido y la base. Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipáticos, es decir tienen una parte polar y otra apolar, con lo cual pueden interactuar con diferentes sustancias. Por ejemplo, los jabones se obtienen mediante saponificación.
Un lípido saponificable sería todo aquel que esté compuesto por un alcohol unido a uno o varios ácidos grasos (iguales o distintos). Esta unión se realiza mediante un enlace éster muy difícil de hidrolizar. En los casos en los que para la obtención del jabón se utiliza un glicérido o grasa neutra se obtiene como subproducto el alcohol llamado glicerina, que puede dar mayor beneficio económico que el producto principal.
Agua Blanda
Cualquier agua que no contiene grandes concentraciones de minerales disueltos como calcio y magnesio.
El agua dura puede ser blanda, con el agregado de carbonato de sodio o potasio, para precipitarlo como sales de carbonatos, o por medio de intercambio iónico con salmuera en presencia de zeolita o resinas sintéticas.
El mejor camino para ablandar un agua es usar una unidad de ablandamiento de aguas y conectarla directamente con el suministro de agua. Un ablandador de agua es una unidad que se utiliza para ablandar el agua, eliminando los minerales que hacen a dicha agua ser dura. El ablandamiento del agua es un proceso importante porque la dureza del agua en las casas y en las compañias es disminuido durante este proceso.
Cuando el agua es dura, puede atascar las tuberías y el jabón se disolverá menos fácilmente. El ablandamiento del agua puede prevenir estos efectos negativos. El Ablandamiento del agua (eliminación de dureza) Los métodos de ablandamiento se basan en algunos de los siguientes objetivos: 1) producir compuestos insolubles de Ca y Mg o2) Mantener el Ca y Mg en solución, pero con perdida de su carácter iónico. Ablandamiento del agua por el método de cal-soda
Jabón
Jabón es un agente limpiador o detergente que se fabrica utilizando grasas vegetales y animales y aceites. Químicamente, es la sal de sodio o potasio de un ácido graso que se forma por la reacción de grasas y aceites con álcali.
El jabón es un producto que sirve para la higiene personal y para lavar determinados objetos. En nuestros tiempos también es empleado para decorar el cuarto de baño. Se encuentra en pastilla, en polvo o en crema. En sentido estricto, existe una gran diferencia entre lo que es un jabón, un detergente y un champú.
El jabón generalmente es el resultado de la reacción química entre un álcali (generalmente hidróxido de sodio o de potasio) y algún ácido graso; esta reacción se denomina saponificación. El ácido graso puede ser por ejemplo: la manteca de cerdo o el aceite de coco. El jabón es soluble en agua y, por sus propiedades detersivas, sirve comúnmente para lavar.
e) Relación entre la estructura de jabón y su acción limpiadora.
La mayoría de los jabones eliminan la grasa y otras suciedades debido a que algunos de sus componentes son agentes activos en superficie o agentes tensoactivos. Estos agentes tienen una estructura molecular que actúa como un enlace entre el agua y las partículas de suciedad, soltando las partículas de las fibras subyacentes o de cualquier otra superficie que se limpie. La molécula produce este efecto porque uno de sus extremos es hidrófilo (atrae el agua) y el otro es hidrófugo (atraído por las sustancias no solubles en agua). El extremo hidrófilo es similar en su estructura a las sales solubles en agua. La parte hidrófuga de la molécula está formada por lo general por una cadena de hidrocarburos, que es similar en su estructura al aceite y a muchas grasas. El resultado global de esta peculiar estructura permite al jabón reducir la tensión superficial del agua (incrementando la humectación) y adherir y hacer solubles en agua sustancias que normalmente no lo son. El jabón en polvo es una mezcla hidratada de jabón y carbonato de sodio. El jabón líquido es una solución de jabón blando de potasio disuelto en agua.
¿Por qué limpia el jabón?
El jabón desprende la suciedad (grasa y polvo) de los tejidos o de la piel debido precisamente a la estructura bipolar de su molécula. Las moléculas del jabón se orientan al disolverse en el agua de la siguiente manera: la parte hidrófoba de sus moléculas (la cola) se une a la grasas que se desprenden y quedan flotando en el agua jabonosa formando pequeñas micelas (partículas cargadas eléctricamente) que contienen la grasa y el polvo, y, el extremo hidrófilo, la cabeza, se orienta y se une al agua donde quedan flotando las micelas.
El movimiento durante el proceso de lavado ya sea a mano o a máquina y el agua caliente favorecen el desprendimiento de las partículas de grasa y que estas se subdividan.
f) Comportamiento del jabón en presencia del agua dura y agua blanda.
La dureza del agua se reconoció originalmente por la capacidad que tiene el agua para precipitar el jabón, esto es, las aguas requieren de grandes cantidades de jabón para producir espuma. Otra característica de suma importancia en la industria, reconocida posteriormente, es la producción de incrustaciones en los tubos de agua caliente, calentadores, boilers y algunas otras unidades en las que la temperatura del agua es alta.
La capacidad de consumo de jabón es de importancia desde el punto de vista económico y por la dificultad de obtener condiciones apropiadas para una limpieza óptima. Sin embargo, con los detergentes sintéticos este problema ha disminuido, por lo que, la demanda del público de aguas suavizadas en las plantas de tratamiento municipal también ha disminuido y la tendencia es hacia instalaciones de ablandamiento privadas e industriales excepto en aquellos lugares en los que la dureza es sumamente alta.
La dureza en el agua es causada principalmente por la presencia de iones de calcio y magnesio. Algunos otros cationes divalentes también contribuyen a la dureza como son, estroncio, hierro y manganeso, pero en menor grado ya que generalmente están contenidos en pequeñas cantidades.
La dureza la adquiere el agua a su paso a través de las formaciones de roca que contienen los elementos que la producen. El poder solvente lo adquiere el agua, debido a las condiciones ácidas que se desarrollan a su paso por la capa de suelo, donde la acción de las bacterias genera CO2, el cual existe en equilibrio con el ácido carbónico. En estas condiciones de pH bajo el agua ataca las rocas, particularmente a la calcita (CaCO3), entrando los compuestos en solución.
Jabón blando
El jabón blando o jabón de potasa tiene como álcali la potasa, presenta un color oscuro y es consistente. Se obtienen saponificando las grasas con lejías de potasa, y se espesan por evaporación.
Jabón duro.
El jabón duro o jabón de sosa se obtiene al hervir aceites grasos con lejía alcalina y añadir sal común, y se logra como subproducto la glicerina.
g) reacción de obtención del Ácido esteárico a partir del estearato de sodio.
Los ésteres también participan en la hidrólisis esterárica: la ruptura de un éster por agua. Los ésteres también pueden ser descompuestos por ácidos o bases fuertes. Como resultado, se descomponen en un alcohol y un ácido carboxílico, o una sal de un ácido carboxílico.
Por saponificación, es decir, por reacción del éster con un álcali (hidróxido de sodio o potasio) se obtiene la sal alcalina, y a partir de ella se puede obtener el ácido por tratamiento con un ácido mineral. Las sales alcalinas tanto del ácido palmítico como del ácido esteárico son los principales constituyentes del jabón.
Combinado con hidróxido de sodio el ácido esteárico forma jabón (estearato de sodio).
H2C O C R
CH2OH R COO Na
HC O C R´ + 3 NaOH aq. CHOH + R´ COO Na
CH2OH R´´ COO Na
O Glicerol Sales sódicas
de ácido graso
H2C O C R´´ (jabón)
Triacilglicerol
RCOO-Na+ + ZnCl ! RCOO-Zn+ + Cl- + Na+
2 RCOO-Na+ + Ca(NO3)2 ! (RCOO-)2Ca++ + 2NO3- + 2Na+
2 RCOO-Na+ + MgCl2 ! (RCOO-)2Mg++ + 2Cl- + 2Na+
En la neutralización de los ácidos grasos, la reacción química se expresa en la siguiente forma:
RCOOH + NaOH NaCOOR + H2O
En esta última reacción no se forma glicerina.
h) Acción emulsificante del Jabón.
El jabón así formado es el agente emulsionante necesario para principiar la saponificación del aceite neutro.
En este proceso suele agregarse, la materia grasa al, jabón sucio, procedente de un proceso anterior. El contenido de jabón de este jabón sucio basta para promover la rápida emulsión y saponificación de la nueva carga .Si los aceites o grasas muy refinados que contienen poca cantidad de ácidos grasos libres o carecen de ellos, se echan en una caldera limpia, es a veces difícil iniciar la saponificación . A veces se agrega una pequeña cantidad de jabón para facilitar la saponificación.
Puesto que la emulsificación no es una ciencia exacta, son necesarias ciertas generalizaciones fundadas en la experiencia de tanteos.
La emulsión es un sistema de dos fases que consta de dos líquidos parcialmente miscibles, uno de los cuales es dispersado en el otro en forma de glóbulos. La fase dispersa, discontinua o interna es el líquido desintegrado en glóbulos. El líquido circundante es la fase continua o externa
i) preparación del Jabón
En general un jabón es una sal sódica o potásica de ácidos grasos. Se obtiene por hidrólisis alcalina de ceras, grasas, cebos y aceites, una cera es un éster natural de peso molecular alto formado por alcoholes monohidroxilados de cadena lineal larga y ácidos grasos superiores de cadena recta. A temperatura ambiente son sólidos.
La saponificación consiste en la hidrólisis alcalina de un éster.
El alcohol monohidroxilado produce en la saponificación de la cera, y el glicerol en el caso de una grasa, se recuperan de las aguas madres por destilación en vacío.
En la preparación de jabones solubles si se emplea KOH se obtienen los llamados “jabones blandos” y con NAOH “jabones duros”. Algunas veces emplean hidróxido de amonio.
Cuando se saponifica con hidróxidos de hierro, calcio, magnesio, plomo, cobre y otros metales, se obtienen jabones insolubles que no tienen acción detergente.
La acción detergente o limpiadora de los jabones se debe a que disminuyen la tensión superficial del agua (desde 71,8 dinas/cm2 a 25 ºC, para el agua pura, hasta 25 a 30 dinas/cm2). Esto se atribuye a que la parte hidrófila (-COONa) del jabón se disuelve en agua, y la otra parte hidrófoba (R) de la molécula, va formando emulsión alrededor de las partículas de suciedad, las cuales pueden ser arrastradas por el agua, algunos agentes tensoactivos se emplean comúnmente tales como los detergentes y sales de amonio cuaternarias. En estos últimos la carga del ión responsable de la misma acción en un jabón ordinario. Esto es, los jabones comunes son limpiadores aniónicos y las sales de amonio cuaternario son limpiadoras catiónicos y conocidos como jabones invertidos, general mente son germicidas.
A veces se emplea trietanolamina para formar jabones pero en este caso estos jabones son solubles en agua y en solventes orgánicos.
III. HIPÓTESIS
En la práctica, el jabón se fabrica por hidrólisis básica, con hidróxido de sodio o potasio, de grasas animales o aceites vegetales, que son ésteres de ácidos carboxílicos de cadena larga con glicerol.
Por lo tanto, un jabón es la sal de sodio o de potasio de un ácido graso. El grupo carboxilato negativo, es hidrofílico y polar, mientras que la cadena de hidrocarburo es hidrofóbica, no polar y lipofílica, por lo que los jabones tiene carácter anfipático.
Los jabones se preparan por medio de una de las reacciones químicas más conocidas: la llamada saponificación de aceites y grasas.
IV. Materiales y Reactivos
v Agua
v Vaso de precipitados
v Aceite comestible
v NaOH
v Agitador
v Tubos de ensaye
v NaCl
v Tela de alambre
v Embudo
v Solución de CaCl2
v HCl
v Papel indicador azul
v Petróleo
v Papel filtro
V. Bibliografía
– Alquimia II
Álvarez Arrellano Daniel
Norma Editorial
– Universal Multimedia ©Micronet S.A.
– El mundo de la Química
Chávez, Héctor
Santillana
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