Saponificarea grăsimilor

Saponificarea este hidroliza bazică a trigliceridelor: un mol de grăsime consumă trei moli $\mathrm{NaOH}$ și dă un mol glicerol plus trei moli săruri de sodiu ale acizilor grași. Pentru tristearină: ${\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_5(\mathrm{OOC}{\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}{)}_3+3NaOH\to {\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_5(\mathrm{OH}{)}_3+3{\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COONa}$. Grăsimea se fierbe cu soluție de $\mathrm{NaOH}$; săpunul se separă prin sărare cu $\mathrm{NaCl}$, iar glicerolul rămâne în soluție. Saponificarea este ireversibilă, în timp ce hidroliza acidă a grăsimilor este reversibilă. Sărurile de potasiu dau săpunuri mai moi.

Cum acționează săpunul. Ionul carboxilat $-\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}$ este partea hidrofilă, polară, iar catena lungă este partea hidrofobă, nepolară. În apă, moleculele de săpun formează micele: catenele înconjoară picătura de grăsime, iar capetele ionice rămân spre apă. Picăturile de grăsime astfel învelite se desprind de suprafață și sunt spălate de apă.

Proprietăți. Săpunurile de sodiu sunt solide, iar cele de potasiu sunt moi sau lichide. Ionul carboxilat provine de la un acid slab și reacționează cu apa, deci soluția de săpun are reacție ușor bazică: ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\rightleftharpoons {\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COOH}+\mathrm{H}{\mathrm{O}}^{-}$. Acizii minerali redau acizii grași, care precipită și nu mai spală: ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COONa}+\mathrm{HCl}\to {\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COOH}+\mathrm{NaCl}$.

Obținerea săpunului.

1. Grăsimea se fierbe cu soluție concentrată de $\mathrm{NaOH}$; puțin etanol ajută la dizolvarea grăsimii în amestecul de reacție.
2. Se adaugă $\mathrm{NaCl}$ solid (sărare): săpunul este mai puțin solubil în soluția sărată și se ridică la suprafață.
3. Săpunul se separă, se spală și se usucă, iar glicerolul rămâne în soluția apoasă și se recuperează pentru cosmetice și industria farmaceutică.

Numele reacției vine de la latinescul sapo, săpun. Același săpun se poate obține și prin neutralizarea acidului gras liber: ${\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COOH}+\mathrm{NaOH}\to {\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COONa}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$.

Exemplu rezolvat 1: din $445$ g tristearină, ce cantități se obțin la randament $90\%$?

1. $M(\mathrm{tristearin}\breve{\mathrm{a}})=890$ g/mol, deci $n=0,5$ mol.
2. Ecuația cere $1,5$ mol $\mathrm{NaOH}$, adică $60$ g.
3. Teoretic se formează $0,5$ mol glicerol, adică $46$ g, și $1,5$ mol stearat de sodiu, adică $1,5\cdot 306=459$ g.
4. Masa de săpun izolată este $459\cdot 0,90=413,1$ g.

Exemplu rezolvat 2: săpun de potasiu din tripalmitină ($M=806$ g/mol) și KOH. Pentru $80,6$ g grăsime:

1. $n=80,6/806=0,1$ mol.
2. $({\mathrm{C}}_{15}{\mathrm{H}}_{31}\mathrm{COO}{)}_3{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_5+3KOH\to {\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_5(\mathrm{OH}{)}_3+3{\mathrm{C}}_{15}{\mathrm{H}}_{31}\mathrm{COOK}$ cere $0,3$ mol KOH, adică $0,3\cdot 56=16,8$ g.
3. Rezultă $0,1$ mol glicerol, $9,2$ g, și $0,3$ mol palmitat de potasiu, $0,3\cdot 294=88,2$ g.
4. Bilanțul maselor: $80,6+16,8=97,4=9,2+88,2$.

Exemplu rezolvat 3: apa dură conține ioni $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$, care precipită săpunul: $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}+2{\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{CO}{\mathrm{O}}^{-}\to ({\mathrm{C}}_{17}{\mathrm{H}}_{35}\mathrm{COO}{)}_2\mathrm{Ca}\downarrow$. Ce masă de stearat de sodiu se pierde în $1$ L de apă cu $40$ mg $\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+}$?

1. $n(\mathrm{C}{\mathrm{a}}^{2+})=0,040/40=0,001$ mol.
2. Se precipită $2\cdot 0,001=0,002$ mol stearat.
3. Masa pierdută este $0,002\cdot 306=0,612$ g.

Indicele de saponificare este masa de KOH, în miligrame, care saponifică $1$ g de grăsime. Pentru tripalmitină este $3\cdot 56\cdot 1000/806\approx 208$.

Exemplu rezolvat 4: un ulei are indicele de saponificare $190$. Ce masă de NaOH solid saponifică $1$ kg de ulei?

1. Pentru $1000$ g ulei sunt necesare $190$ g KOH, adică $190/56=3,39$ mol.
2. Raportul este același cu NaOH, deoarece ambele baze sunt monovalente: $3,39$ mol NaOH.
3. Masa este $3,39\cdot 40=135,7$ g.

Detergenți. Detergenții sintetici, de exemplu alchilbenzensulfonații de sodiu, $\mathrm{R}-{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_4-\mathrm{S}{\mathrm{O}}_3^{-}\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}$, au tot o parte hidrofobă și una ionică, dar sărurile lor de calciu sunt solubile; de aceea spală și în apă dură.

Greșeli frecvente

• Greșit: Un mol de trigliceridă consumă un mol NaOH.
  Corect: Cele trei legături esterice consumă trei moli.
• Greșit: Saponificarea formează acizi grași liberi ca produs final.
  Corect: În mediu bazic se formează săruri.
• Greșit: În micele, capetele hidrofobe ale săpunului sunt orientate spre apă.
  Corect: Catenele hidrofobe stau spre picătura de grăsime, iar capetele ionice, hidrofile, spre apă.
• Greșit: Săpunul spală la fel de bine în apă dură ca în apă moale.
  Corect: Ionii de calciu și de magneziu precipită săpunul sub formă de săruri insolubile.

Înainte și după