Saponifikacja tłuszczu -. Synteza mydła
Zmydlanie to proces wytwarzania mydła z zasady i tłuszczu (lub oleju). Oleje roślinne i tłuszcze zwierzęce są estrami tłuszczów w postaci trójglicerydów. Alkalia przerywa wiązanie estrowe i uwalnia sól kwasu tłuszczowego i glicerol. W razie potrzeby mydła mogą być wytrącane przez zasolenie nasyconym chlorkiem sodu. Zazwyczaj wodorotlenek sodu jest używany do tworzenia twardego mydła, podczas gdy wodorotlenek potasu jest używany w przypadku miękkiego mydła.
Schemat 2. Reakcja zmydlania.
Mechanizm czyszczenia przez mydło
Nie jest możliwe usunięcie brudu (zwłaszcza oleju i smaru) za pomocą samej wody. Niepolarne składniki obecne w brudzie odpychają polarne składniki rozpuszczalnika. W obecności detergentu (mydła), który posiada zarówno polarne, jak i niepolarne końcówki, niepolarne końcówki detergentu, które są odpychane przez wodę, wchodzą w interakcję z niepolarnym tłuszczem. W tym samym czasie, polarne końce są przyciągane do cząsteczek hydrofilowych. W ten sposób dwa uzupełniające się polarne i niepolarne składniki brudu zostają rozpuszczone i usunięte podczas mycia. Mydło tworzy w wodzie micele, w których polarne końce ustawiają się wzdłuż obwodu, a składniki niepolarne przenoszące niepolarne gatunki pozostają w centrum miceli.
* Rysunek 8. Typowe formowanie miceli
*Źródło: http://www.images.google.com
Wymagane materiały
-
Tłuszcz zwierzęcy
-
Etanol
-
Wodorotlenek sodu 6N
-
Chlorek sodu
-
Alkohol izopropylowy
-
Dwie zlewki o pojemności 100 ml
-
Dwa pręty szklane
-
Dwie kolby stożkowe o pojemności 250 ml
-
Woda destylowana
-
Mikrofalówka
-
Gorąca płyta
-
Okulary ochronne
-
Ręczniki do sprzątania
-
Zegarek
.
Procedura doświadczalna
Dziesięć gramów dostępnego w handlu tłuszczu zwierzęcego/skrótu ważono i rozpuszczano w 50 ml etanolu, stale mieszając. Do tej mieszaniny dodano 15ml świeżo przygotowanego 6N roztworu wodorotlenku sodu. Mieszaninę ogrzewano na gorącej płycie do momentu całkowitego rozpuszczenia tłuszczu. Dodano 20ml wody destylowanej i mieszaninę schłodzono na łaźni lodowej. Następnie schłodzoną mieszaninę wlano do zlewki zawierającej 50 ml 0,2% roztworu chlorku sodu. Po schłodzeniu utworzyło się mydło. Roztwór przefiltrowano w celu oddzielenia mydła od powstałego glicerolu. Eksperyment powtórzono przy użyciu mikrofal. Obliczono odpowiednie wydajności i zużycie energii.
Wyniki &Dyskusja
W wyniku procesu zmydlania kwasy tłuszczowe ulegają hydrolizie w obecności zasady, tworząc sole zasadowe i alkohol. Po schłodzeniu rozpuszczonej mieszaniny, na końcu procesu zaobserwowano stałe mydło. Energia zużyta w każdym procesie jest podana poniżej.
Jednym ze sposobów sprawdzenia tworzenia się mydła jest rozpuszczenie ciała stałego w wodzie i sprawdzenie tworzenia się piany. Można to również potwierdzić poprzez wykonanie testu pH, który polega na rozpuszczeniu mydła w świeżo przygotowanej mieszaninie wody i alkoholu izopropylowego w proporcji 1:3. Rozpuszczony roztwór mydła można zbadać za pomocą wskaźnika fenoloftaleinowego, a o tworzeniu się mydła świadczy kolor roztworu. Ciemnoróżowy i przejrzysty roztwór wskazuje na obecność nadmiaru roztworu żrącego, ten z bezbarwnym lub żółtawym klarownym roztworem wskazuje na dość neutralne pH, zamglony roztwór wskazuje na nieprzetworzony olej, zamglony i różowy roztwór wskazuje, że reakcja została zakończona. Klarowny, bladoróżowy roztwór wskazuje na dobre wyniki.
Rysunek 9. (a) Nieprzetworzony roztwór mydła, (b) Mętny różowy roztwór z nieprzetworzonym olejem, (c) Przejrzysty różowy
roztwór wskazujący na tworzenie się mydła.
Tabela 4. Energia zużyta na zmydlanie 10g tłuszczu zwierzęcego.
|
Urządzenie grzewcze |
Czas (min) |
Moc znamionowa (KJ/min) |
Rzeczywista ilość zużytej energii (KJ) |
|
Kuchenka mikrofalowa |
1 |
51.0 |
36 |
|
Hot Plate |
4 |
51.9 |
108 |
W związku z powyższym, procent energii zaoszczędzonej przez kuchenkę mikrofalową w stosunku do tradycyjnej kuchenki, zarejestrowany przez miernik mocy, wynosi,
Proces zmydlania przy użyciu konwencjonalnego ogrzewania trwał cztery razy dłużej niż proces mikrofalowy i zużył więcej energii. Zbadano również jakość mydła. Na Rys. 9 (c) widzimy, że roztwór powstały w ten sposób po dodaniu fenoloftaleiny, był klarownym różowym roztworem wskazującym na powstanie dobrego mydła o nominalnym pH w zakresie 7-9. Na Rys. 9 (b) widzimy zamglony różowy roztwór z żółtymi kroplami, wskazujący na obecność nieprzereagowanego oleju. Roztwór ma również ciemną barwę, co wskazuje na obecność nadmiaru sody kaustycznej. Rys. 9 (a) pokazuje przejrzysty roztwór, co wskazuje na brak tworzenia się mydła.
Ilość energii zużytej przez płytę grzejną była znacznie wyższa niż ta zużyta przez mikrofale. Przypisano to bezpośredniej interakcji reagentów z promieniowaniem mikrofalowym.