Saponificatie van Vet – Synthese van zeep
Saponificatie is het proces waarbij zeep wordt gemaakt van alkali en vet (of olie). Plantaardige oliën en dierlijke vetten zijn vetesters in de vorm van triglyceriden. De alkali verbreekt de esterverbinding en maakt het vetzuurzout en de glycerol vrij. Indien nodig kunnen zepen worden neergeslagen door ze te zouten met verzadigd natriumchloride. Gewoonlijk wordt natriumhydroxide gebruikt bij de vorming van harde zeep, terwijl kaliumhydroxide wordt gebruikt in het geval van zachte zeep.
Schema 2. Verzepingsreactie.
Mechanisme van reiniging door zeep
Het is niet mogelijk om vuil (vooral olie en vet) te verwijderen door alleen water te gebruiken. De apolaire bestanddelen die in het vuil aanwezig zijn, stoten het polaire bestanddeel van het oplosmiddel af. In aanwezigheid van een detergens (zeep) dat zowel polaire als apolaire uiteinden heeft, interageert het apolaire uiteinde van het detergens, dat door water wordt afgestoten, met het apolaire vet. Tegelijkertijd worden de polaire uiteinden aangetrokken door de hydrofiele moleculen. Zo worden de twee elkaar aanvullende polaire en apolaire bestanddelen van het vuil opgelost en verwijderd tijdens het wassen. De zeep vormt micellen in water, waarbij de polaire uiteinden langs de omtrek op één lijn liggen en de apolaire bestanddelen die de apolaire soorten dragen in het centrum van de micel achterblijven.
* Figuur 8. Typische micelvorming
*Bron: http://www.images.google.com
Benodigde materialen
-
Dierlijk vet
-
Ethanol
-
6N Natriumhydroxide
-
Natriumchloride
-
Isoproply alcohol
-
Twee bekerglazen van 100 ml
-
Twee glazen staafjes
-
Twee erlenmeyers van 250 ml
-
Gedestilleerd water
-
Magnetron
-
Hete plaat
-
Veiligheidsbril
-
Handdoeken voor opruimen
-
Stopwatch
Experimentele procedure
Tien gram in de handel verkrijgbaar dierlijk vet/shortening werd afgewogen en opgelost in 50 ml ethanol door voortdurend te roeren. Aan dit mengsel werd 15 ml versbereide 6N natriumhydroxide-oplossing toegevoegd. Dit mengsel werd op een hete plaat verwarmd tot al het vet volledig was opgelost. Er werd 20 ml gedestilleerd water toegevoegd en het mengsel werd afgekoeld op een ijsbad. Het afgekoelde mengsel werd vervolgens in een bekerglas gegoten dat 50 ml 0,2 % natriumchloride-oplossing bevatte. Bij het afkoelen werd zeep gevormd. De oplossing werd gefiltreerd om de zeep van de gevormde glycerol te scheiden. Het experiment werd herhaald met gebruikmaking van de magnetron. De overeenkomstige efficiëntie en het energieverbruik werden berekend.
Resultaat &Discussie
Als gevolg van het verzepingsproces worden de vetzuren in aanwezigheid van een alkali gehydrolyseerd, zodat zouten van alkali en alcohol worden gevormd. Na afkoeling van het opgeloste mengsel wordt aan het eind van het proces vaste zeep waargenomen. De bij elk proces verbruikte energie wordt hieronder in tabelvorm weergegeven.
Een manier om de vorming van zeep te testen is door de vaste stof in water op te lossen en de schuimvorming te controleren. Het kan ook worden bevestigd door een pH-test uit te voeren, waarbij de zeep wordt opgelost in een vers bereid mengsel van 1:3 water en isopropylalcohol. De opgeloste zeepoplossing kan worden getest met fenolftaleïne-indicator en de zeepvorming wordt aangegeven door de kleur van de oplossing. Een donkerroze en heldere oplossing wijst op de aanwezigheid van een overmaat aan bijtende oplossing, een kleurloze of geelachtige heldere oplossing wijst op een tamelijk neutrale pH, een wazige oplossing wijst op onbehandelde olie, een wazige en roze oplossing wijst op een volledige reactie. Een heldere, lichtroze oplossing wijst op goede resultaten.
Figuur 9. a) Onbehandelde zeepoplossing, b) Wazige roze oplossing met onbehandelde olie, c) Heldere roze
oplossing die wijst op de vorming van zeep.
Tabel 4. De energie die wordt verbruikt voor de verzeping van 10 g dierlijk vet.
|
Verwarmingsapparaat |
Tijd (min) |
Vermogensklasse (KJ/min) |
Werkelijk energieverbruik (KJ) |
|
Magnetron |
1 |
51.0 |
36 |
|
Hete plaat |
4 |
51.9 |
108 |
Daarom, is het percentage energie dat door de microgolfoven wordt bespaard ten opzichte van de conventionele oven, zoals geregistreerd door de stroommeter,
Het verzepingsproces met conventionele verhitting nam viermaal zoveel tijd in beslag als het magnetronproces, en verbruikte meer energie. De kwaliteit van de zeep werd ook getest. Uit fig. 9 (c) blijkt dat de gevormde oplossing na toevoeging van fenolftaleïne helderroze was, hetgeen wijst op de vorming van goede zeep met een nominale pH tussen 7 en 9. In Fig. 9 (b) zien we een wazige roze oplossing met gele druppels erin, wat wijst op de aanwezigheid van niet-gereageerde olie. De oplossing is ook donker van kleur, wat wijst op de aanwezigheid van te veel natriumhydroxide. Fig. 9 (a) toont een heldere oplossing die wijst op de afwezigheid van zeepvorming.
De hoeveelheid energie die werd verbruikt door de kookplaat was aanzienlijk hoger dan wat werd verbruikt door de magnetron. Dit werd toegeschreven aan de directe interactie van de reagentia met de microgolfstraling.