Verseifung von Fett – Synthese von Seife
Die Verseifung ist der Prozess der Seifenherstellung aus Alkali und Fett (oder Öl). Pflanzliche Öle und tierische Fette sind Fettsäureester in Form von Triglyceriden. Das Alkali bricht die Esterbindung und setzt das Fettsäuresalz und Glycerin frei. Falls erforderlich, können Seifen durch Aussalzen mit gesättigtem Natriumchlorid ausgefällt werden. Üblicherweise wird bei der Bildung von Hartseife Natriumhydroxid und bei Weichseife Kaliumhydroxid verwendet.
Schema 2. Verseifungsreaktion.
Mechanismus der Reinigung durch Seife
Schmutz (insbesondere Öl und Fett) lässt sich nicht allein mit Wasser entfernen. Die im Schmutz vorhandenen unpolaren Bestandteile stoßen die polaren Bestandteile des Lösungsmittels ab. In Anwesenheit eines Reinigungsmittels (Seife), das sowohl polare als auch unpolare Enden hat, interagieren die unpolaren Enden des Reinigungsmittels, das von Wasser abgestoßen wird, mit dem unpolaren Fett. Zugleich werden die polaren Enden von den hydrophilen Molekülen angezogen. So werden die beiden komplementären polaren und unpolaren Bestandteile des Schmutzes beim Waschen gelöst und entfernt. Die Seife bildet Mizellen in Wasser, wobei sich die polaren Enden entlang des Umfangs ausrichten und die unpolaren Bestandteile, die die unpolare Spezies tragen, im Zentrum der Mizelle verbleiben.
* Abbildung 8. Typische Mizellenbildung
*Quelle: http://www.images.google.com
Erforderliche Materialien
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Tierisches Fett
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Ethanol
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6N Natriumhydroxid
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Natriumchlorid
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Isopropanol
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Zwei 100 ml Becherglas
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Zwei Glasstäbe
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Zwei 250ml-Erlenmeyerkolben
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Destilliertes Wasser
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Mikrowelle
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Heizplatte
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Schutzbrille
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Handtücher zum Aufräumen
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Stoppuhr
Experimenteller Ablauf
Zehn Gramm handelsübliches tierisches Fett/Shortening wurden abgewogen und in 50 ml Ethanol unter ständigem Rühren aufgelöst. Zu dieser Mischung wurden 15 ml frisch hergestellte 6N-Natriumhydroxidlösung gegeben. Diese Mischung wurde auf einer Heizplatte erhitzt, bis das Fett vollständig gelöst war. Es wurden 20 ml destilliertes Wasser zugegeben und die Mischung wurde auf einem Eisbad abgekühlt. Die abgekühlte Mischung wurde dann in ein Becherglas mit 50 ml 0,2 %iger Natriumchloridlösung gegossen. Beim Abkühlen bildete sich Seife. Die Lösung wurde filtriert, um die Seife von dem entstandenen Glycerin zu trennen. Das Experiment wurde mit der Mikrowelle wiederholt. Die entsprechenden Wirkungsgrade und Energieverbräuche wurden berechnet.
Ergebnis & Diskussion
Beim Verseifungsprozess werden die Fettsäuren in Gegenwart einer Lauge hydrolysiert, so dass Alkalisalze und Alkohol entstehen. Nach dem Abkühlen der gelösten Mischung wurde am Ende des Prozesses eine feste Seife beobachtet. Der Energieverbrauch jedes Prozesses ist unten tabellarisch aufgeführt.
Eine Möglichkeit, die Bildung von Seife zu testen, besteht darin, den Feststoff in Wasser aufzulösen und die Schaumbildung zu überprüfen. Sie kann auch durch einen pH-Test bestätigt werden, bei dem die Seife in einer frisch zubereiteten 1:3-Mischung aus Wasser und Isopropylalkohol aufgelöst wird. Die gelöste Seifenlösung kann mit Phenolphthalein-Indikator getestet werden und die Seifenbildung wird durch die Farbe der Lösung angezeigt. Eine dunkelrosa und klare Lösung deutet auf das Vorhandensein einer übermäßigen Lauge hin, eine farblose oder gelblich klare Lösung auf einen ziemlich neutralen pH-Wert, eine trübe Lösung auf unbehandeltes Öl, eine trübe und rosa Lösung auf eine vollständige Reaktion. Eine klare, blassrosa Lösung zeigt ein gutes Ergebnis an.
Abbildung 9. (a) Unbehandelte Seifenlösung, (b) Trübe rosa Lösung mit unbehandeltem Öl, (c) Klare rosa
Lösung, die die Bildung von Seife anzeigt.
Tabelle 4. Der Energieaufwand für die Verseifung von 10 g tierischem Fett.
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Heizgerät |
Zeit (min) |
Leistung (KJ/min) |
Tatsächlich verbrauchte Energie (KJ) |
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Mikrowellenherd |
1 |
51.0 |
36 |
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Heizplatte |
4 |
51.9 |
108 |
Daher, beträgt die prozentuale Energieeinsparung durch den Mikrowellenherd gegenüber dem konventionellen Herd, wie vom Leistungsmesser aufgezeichnet,
Der Verseifungsprozess mit konventioneller Heizung dauerte viermal so lange wie der Mikrowellenprozess und verbrauchte mehr Energie. Die Qualität der Seife wurde ebenfalls getestet. In Abb. 9 (c) sehen wir, dass die Lösung, die sich nach der Zugabe von Phenolphthalein bildete, eine klare rosa Lösung war, was auf die Bildung einer guten Seife mit einem nominalen pH-Wert im Bereich von 7-9 hinweist. In Abb. 9 (b) sehen wir eine trübe rosa Lösung mit gelben Tröpfchen darin, was auf das Vorhandensein von nicht umgesetztem Öl hinweist. Die Lösung erscheint auch dunkel in der Farbe, was auf das Vorhandensein von übermäßiger Natronlauge hinweist. Abb. 9 (a) zeigt eine klare Lösung, was auf die Abwesenheit von Seifenbildung hinweist.
Der Energieverbrauch der Heizplatte war deutlich höher als der der Mikrowelle. Dies wurde auf die direkte Wechselwirkung der Reaktanten mit der Mikrowellenstrahlung zurückgeführt.