Natriumhydroxid

Was es ist und was es tut

Natriumhydroxid (NaOH), als Lauge oder Ätznatron verkauft, ist ein weißer Feststoff und eines der stärksten gebräuchlichen Alkalien. Beim Seifensieden liefert es das Hydroxid, das jedes Fettmolekül in drei Moleküle Seife und eines Glycerin spaltet. Das Natrium bleibt bei der Seife, und Natriumseifen sind es, die ein Stück hart werden lassen.

Die Reaktion läuft in festen Verhältnissen ab, deshalb wird Lauge aufs Gramm genau abgewogen. Die Verseifungszahl eines Öls gibt an, wie viel Alkali es braucht. Diese Werte werden in Milligramm Kaliumhydroxid pro Gramm Fett veröffentlicht, also rechnet der Rechner sie mit dem Verhältnis der beiden molaren Massen, 39,997 zu 56,106, auf Natriumhydroxid um.

Seifensieder wiegen etwas weniger Lauge ab, als die Öle verbrauchen könnten. Dieser Spielraum ist die Überfettung oder der Laugenabschlag, und er macht die Lauge zu der Zutat, die zuerst ausgeht. Bei der Voreinstellung des Rechners von 5 % brauchen 1000 g Olivenöl 128,7 g Natriumhydroxid: genug für 95 % des Öls, der Rest bleibt als Öl in der Seife. Ist die Reaktion vorbei, ist keine Lauge mehr ohne Partner übrig, und was bleibt, sind Seife, Glycerin, die Überfettung und etwas Wasser.

Die Reaktion ist anfangs schnell und am Ende langsam. In den Untersuchungen von Kevin Dunn, bei denen die Seife in den ersten vier Stunden warm gehalten wurde, war die Reaktion größtenteils innerhalb eines Tages abgeschlossen, und die meisten seiner gereiften Stücke enthielten bei der Titration überhaupt kein freies Alkali. Deshalb fasst man frische Seife in den ersten Tagen mit Handschuhen an, ein gereiftes, richtig berechnetes Stück dagegen nicht.

Formen, Qualitäten und Reinheit

Der Feststoff kommt als Schuppen, als kleine runde Kügelchen (als Perlen oder Mikroperlen verkauft) und als Granulat. Die NIOSH beschreibt ihn als Schuppen, Perlen oder Granulat, und die EU-Spezifikation für Lebensmittelzusatzstoffe nennt dazu Pellets, Stäbchen und geschmolzene Massen. Die Form ändert, wie er rieselt, und nichts daran, was er tut. Gleich in welcher Form: Wiegen Sie ihn ab; die Lauge eines Rezepts ist ein Gewicht, nie ein Volumen.

Natriumhydroxid in Lebensmittelqualität, der Zusatzstoff E 524, muss nach der EU-Spezifikation in der Verordnung (EU) Nr. 231/2012 mindestens 98,0 % Alkali, als NaOH gerechnet, enthalten und darf höchstens 0,5 % Natriumcarbonat aufweisen. Die Anmerkung im Rechner nennt 98 bis 100 % für Lebensmittel- und technische Qualität, und ein Herstellerzertifikat, das Dunn Seifensiedern zeigte, wies 99,9 % aus.

Deshalb geht der Rechner von 100 % aus, und deshalb ist diese Annahme sicher. Ist die Lauge in Wirklichkeit 98 %ig und bleibt die Einstellung bei 100 %, landet unsere Alltagsseife bei 6,9 % Überfettung statt 5 %: etwas weicher und milder, nie ätzend. Zu vermeiden ist der Fehler in die andere Richtung, eine niedrigere Reinheit einzutragen, als die Lauge wirklich hat, denn dann setzt der Rechner eine größere Einwaage an. Ändern Sie die Einstellung nur, wenn ein Etikett, ein Analysenzertifikat oder Ihre eigene Titration Ihnen einen Wert liefert.

Abflussreiniger ist nur brauchbar, wenn auf dem Etikett 100 % Natriumhydroxid oder 100 % Lauge steht und sonst nichts, wie Anne Watson es formuliert. Viele Abflussreiniger sind Mischungen. Anne-Marie Faiola warnt, dass manche körnigen Aluminiumstückchen enthalten, die die Lauge angreift, wobei Wasserstoff frei wird, ein brennbares Gas; andere enthalten Zutaten, die, mit Alicia Grossos Worten, zum Seifensieden überhaupt nicht geeignet sind. Eine Mischung bringt ihre anderen Chemikalien in die Seife und kann im Messbecher auf eine Weise reagieren, wie es reine Lauge nicht tut; verwenden Sie also nie eine. Reines Natriumhydroxid ist weiß oder fast weiß; Sprenkel, ein Farbstich oder irgendetwas Metallisches in der Dose heißen: zurück damit.

Das Auflösen

Geben Sie immer die Lauge ins Wasser, langsam, nie das Wasser zur Lauge; die Internationale Chemikaliensicherheitskarte sagt dasselbe. Beim Lösen von Natriumhydroxid werden 44,51 kJ pro Mol frei, etwa 1,1 kJ pro Gramm, und die Lösung nimmt alles davon auf. Frische Laugenlösung überschreitet binnen Augenblicken 90 °C: David Fisher, Catherine Failor und Anne-Marie Faiola nennen jeweils etwa 93 °C (200 °F). Wasser, das auf einen Haufen Lauge gegossen wird, trifft auf weit mehr Lauge, als es Wärme abführen kann; es kocht also dort, wo es auftrifft, und spritzt.

Beginnen Sie mit kaltem Wasser. Grosso warnt, dass Lauge, in heiße Flüssigkeit gegeben, diese „dangerously close to or over the boiling point in no time“ bringt, und die NIOSH weist darauf hin, dass die Hitze ausreichen kann, brennbares Material in der Nähe zu entzünden. In der ersten Minute gibt der Messbecher Dampf ab, der einen feinen Laugennebel mitführt. Susan Miller Cavitch fand die Dämpfe nach etwa zehn Sekunden überwältigend und verließ den Raum für zwei oder drei Minuten; das Gesicht abzuwenden und am offenen Fenster oder unter einer Dunstabzugshaube zu arbeiten, erfüllt denselben Zweck. Schon sehr wenig von diesem Nebel zählt: Der US-Arbeitsplatzgrenzwert liegt bei 2 mg Natriumhydroxid pro Kubikmeter Luft.

Eis und gefrorene Flüssigkeiten halten die Hitze niedrig. Eine von Faiolas Methoden, Lauge zu kühlen, besteht darin, Eiswürfel als Flüssigkeit des Rezepts abzuwiegen und die Lauge darauf zu lösen. Milch, Tee und andere Flüssigkeiten mit Zucker oder Eiweiß verbrennen in heißer Lauge, deshalb frieren Grosso und Faiola sie zu Matsch an und streuen die Lauge löffelweise ein. Was gefroren ist, zählt als Wasser des Rezepts. Eis, das man in eine fertige Lösung gibt, ist zusätzliches Wasser, das das Rezept nicht verlangt hat; um einen Messbecher zu kühlen, stellen Sie ihn in eine Schüssel mit kaltem Wasser oder Eiswasser, wie Watson es tut.

Lauge greift Aluminium, Zinn, Blei und Zink an und setzt dabei Wasserstoff frei, und das Handbuch von OxyChem nennt dazu Kupfer und seine Legierungen, Messing und Bronze. Also keine Aluminiumtöpfe oder -folie, keine verzinkten Eimer und keine Messinglöffel. Edelstahl ist das Metall der Wahl: OxyChem stuft Edelstahl 304L und 316L für Natronlauge bis 200 °F (93 °C) als geeignet ein.

Unter den Kunststoffen ist Polypropylen (PP, Recyclingcode 5) das Material für den Mischbecher: Ein Hersteller von Laborgeräten bewertet es gegenüber 50 %igem Natriumhydroxid als ausgezeichnet und bis 135 °C als verwendbar. Polyethylen hoher Dichte (HDPE, Code 2) widersteht Lauge genauso gut, hat aber eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur von 65 °C und eignet sich daher besser für trockene Lauge und abgekühlte Lösung als für frische, heiße. Polycarbonat und PETG, die klaren „unzerbrechlichen“ Kunststoffe, werden von starker Lauge sofort angegriffen, und eine Getränkeflasche ist nie ein Laugenbehälter.

Bei hitzebeständigem Glas sind sich die Bücher uneins. Cavitch mischte ihre Lauge in hitzebeständigem Glas, Watson lässt ofenfestes Glas zu und Fisher eine stabile Glaskanne, während Grosso es nicht mehr empfiehlt, weil hitzebeständige Messbecher zersprungen sind, und unsere Anleitung zur Laugensicherheit rät, Glas besser zu meiden. Beide Seiten haben gute Gründe. Borosilikatglas verträgt laut seinem Hersteller alkalische Lösungen bis 30 % bei Raumtemperatur ohne Schwierigkeiten, aber die Korrosion steigt mit der Temperatur, und frische Laugenlösung ist sowohl stärker als auch weit heißer. Heißes Alkali ätzt Glas langsam an, und eine heiße Glaskanne, die zum Abkühlen in kaltes Wasser gestellt wird, kann springen. Polypropylen hat keines dieser Probleme.

Konzentration und das nötige Wasser

Wasser nimmt an der Reaktion nicht teil. Es löst die Lauge und bringt sie zu den Ölen, und das meiste davon verlässt die Seife während der Reifezeit. Wie viel man nimmt, ist eine Entscheidung. Im Rechner lässt es sich als Laugenkonzentration (der Anteil der Lauge an der Laugenlösung), als Verhältnis von Wasser zu Lauge oder als Wasser in Prozent der Öle angeben, und er zeigt alle drei gleichzeitig. Er beginnt bei einer 33 %igen Lösung und kennzeichnet alles über 40 % als stark und unter 25 % als verdünnt. Die Anleitung zum Wasser erklärt, was jede Stufe für Andicken, Festigkeit, Reifezeit und Sodaasche bedeutet.

Die Untergrenze ergibt sich daraus, wie viel Lauge Wasser aufnehmen kann. Bei 20 °C ist eine Natriumhydroxidlösung mit etwa 52 % nach Gewicht gesättigt, rund 108 g in 100 g Wasser (OECD). Mit weniger Wasser kann sich ein Teil der Lauge nicht lösen und endet als ätzende Körnchen in den Seifen, und der Rechner warnt immer dann, wenn das mit der Lauge abgewogene Wasser weniger ist als das Gewicht der Lauge geteilt durch 1,08. In der Praxis ist eine 50 %ige Lösung, gleiche Gewichte Lauge und Wasser, das Stärkste, was man ansetzen sollte, und sie beginnt unter etwa 12 °C zu kristallisieren (OxyChem). Ein Masterbatch, der in einem kalten Raum steht, kann Kristalle ausfallen lassen, und die Flüssigkeit darüber ist dann schwächer, als ihr Etikett sagt.

Eine stärkere Lösung wird beim Lösen heißer und verätzt, wie Grosso anmerkt, die Haut schneller. Milch und andere Flüssigkeiten zählen nur mit dem Wasser, das sie enthalten, und eine Flüssigkeit, die bis zum Andicken zurückbehalten wird, lässt die Lauge in weniger Wasser gelöst, als die Zahl des Rezepts vermuten lässt. Der Rechner zeigt die Konzentration so, wie sie angesetzt wird, und warnt, wenn sie die Grenze überschreitet.

Aufbewahrung, und woran man erkennt, dass es verdorben ist

Bewahren Sie Natriumhydroxid in seinem Originalbehälter auf, beschriftet, mit zugeschraubtem Deckel zwischen den Entnahmen. Die Chemikaliensicherheitskarte verlangt, es trocken und gut verschlossen aufzubewahren, getrennt von Lebensmitteln, starken Säuren und Metallen. Lagern Sie es außerhalb der Reichweite von Kindern und Haustieren und getrennt von Kaliumhydroxid, und füllen Sie es nie in eine Lebensmitteldose oder eine Getränkeflasche um.

Lauge zieht Wasser aus der Luft, und sie nimmt auch Kohlendioxid auf, das einen Teil davon in Natriumcarbonat umwandelt; die EU-Spezifikation für Lebensmittelzusatzstoffe beschreibt diese Reaktion ausdrücklich. Beides lässt in jedem abgewogenen Gramm weniger Hydroxid übrig. Wasser allein macht die Seife laugenarm und weicher, wie Dunn fand, als er Ätznatron simulierte, dessen Reinheit auf 95, 90, 85 und 80 % abgesunken war. Carbonat lässt sich nicht wieder entfernen, und es kommt mit der Lauge in die Charge. Seifenfabriken setzten Carbonat früher absichtlich zu, um billige Seife fester zu machen, und Simmons und Appleton warnten, dass zu viel davon die Seife spröde machte und sie an der Oberfläche weiß ausblühen ließ. Der weiße Belag auf einem frischen Seifenblock, die Sodaasche, entsteht meist auf anderem Weg, aus nicht umgesetzter Lauge an der Oberfläche, die mit der Luft in Berührung kommt, und die Anleitung zur Sodaasche behandelt ihn.

Frische Lauge rieselt als einzelne, trockene Perlen oder Schuppen. Lauge, die Wasser aufgenommen hat, verklumpt und backt zusammen; Cavitch, die im feuchten Memphis Seife siedete, kaufte ihre in kleinen Behältern, damit sie nie eine abgemessene Menge aus einem festen Klumpen herausgraben musste. Carbonat ist schwerer zu erkennen. Dunns Prüfung: eine Probe zu einer 50 %igen Lösung auflösen, mit Schutzbrille und Handschuhen; Natriumcarbonat löst sich in starker Lauge nicht, verunreinigte Lauge zeigt also weiße Pünktchen, die an der Oberfläche schwimmen. Ein paar sind unvermeidlich; viele bedeuten, dass die Lauge für Seife nicht taugt. Ist eine Dose offen stehen geblieben oder zusammengebacken, messen Sie ihre Reinheit mit der Zitronensäure-Titration in der Anleitung zu NaOH und KOH, oder ersetzen Sie sie.

Einkauf und Rechtslage

Kaufen Sie es mit der Kennzeichnung Natriumhydroxid, als Schuppen oder Perlen, bei einem Lieferanten für Seifensiederbedarf oder Chemikalien, oder in Lebensmittel- oder technischer Qualität. Im Transport ist es ein Gefahrgut, UN 1823, Klasse 8 (ätzend), Verpackungsgruppe II, und diese Einstufung bestimmt, wie es verpackt und versandt werden darf.

In der EU trägt eine an Verbraucher verkaufte Dose das CLP-Etikett: das Piktogramm für Ätzwirkung, das Wort Gefahr, H314 und Sicherheitshinweise. Da es hautätzend der Kategorie 1 ist, muss die Packung außerdem einen kindergesicherten Verschluss und einen tastbaren Gefahrenhinweis für Menschen mit eingeschränktem Sehvermögen haben (CLP Anhang II, Abschnitte 3.1 und 3.2).

In England, Wales und Schottland ist Natriumhydroxid mit mehr als 12 % nach Gewicht seit dem 6. April 2022 ein „corrosive product“ im Sinne des Offensive Weapons Act 2019. Es ist strafbar, es an Personen unter 18 zu verkaufen, und ein Verkäufer, der es im Fernabsatz verkauft, online oder telefonisch, macht sich strafbar, wenn er es an eine Wohnadresse oder eine Paketstation liefert oder die Lieferung dorthin veranlasst. Ein Verkäufer dort kann es nicht rechtmäßig an eine Privatadresse schicken.

In den Vereinigten Staaten müssen Haushaltsprodukte mit 10 % oder mehr freiem Natriumhydroxid das Signalwort „POISON“ tragen, eine Regel, die auf den Federal Caustic Poison Act zurückgeht, und trockene Haushaltsprodukte dieser Stärke brauchen eine kindergesicherte Verpackung (16 CFR 1500.129 und 1700.14). Andere Länder setzen eigene Regeln. Kaufen Sie bei einem Lieferanten, der es Ihnen legal schicken kann, und bewahren Sie Etikett und Sicherheitsdatenblatt auf.

Verschüttetes und Entsorgung

Fegen Sie trockene Perlen mit Handfeger und Kehrschaufel, mit Handschuhen, in einen trockenen Kunststoffbehälter mit Deckel, wie es die Chemikaliensicherheitskarte rät, und wischen Sie die Stelle dann mit reichlich Wasser nach. Perlen springen weg und haften durch statische Aufladung; prüfen Sie also Boden, Waage und Ärmel, bevor die Handschuhe ausgezogen werden.

Saugen Sie verschüttete Lösung mit Küchenpapier auf, werfen Sie es in den Müll und wischen Sie die Fläche mit reichlich Wasser ab. Mit dem Neutralisieren beendet die Industrie eine Reinigung, sie beginnt nicht damit: OxyChem sammelt zuerst das verschüttete Material ein, neutralisiert nur den Rest mit verdünnter Säure und spült den Bereich dann mit Wasser, und sein Handbuch warnt, dass Laugen beim Neutralisieren erhebliche Wärme abgeben. Zu Hause heißt das: einmal mit verdünntem Essig über eine harte Oberfläche wischen, nachdem die Lauge entfernt ist, nie Essig in eine Pfütze heißer Lösung gießen.

Am leichtesten entsorgt man die Lauge, die man nie angesetzt hat; setzen Sie also nur so viel an, wie das Rezept braucht. Übrige Lösung hält sich bis zum nächsten Ansatz in einer dicht verschlossenen Flasche aus Polypropylen oder HDPE, beschriftet als Lauge mit Konzentration und Datum; die Masterbatch-Einstellung des Rechners wiegt sie ab. Lösung, die Sie nicht mehr verwenden, und nicht mehr benötigte trockene Lauge gehören zur Schadstoffsammlung, nicht in den Abfluss und nicht in den Hausmüll: Wasserversorger bitten darum, Chemikalien dorthin zu bringen, und manche Wertstoffhöfe nehmen sie nur in der beschrifteten Originalverpackung an; fragen Sie also nach, bevor Sie ein Glas selbst angesetzter Lösung bringen. Roher Seifenleim ist noch ätzend und kann im Rohr fest werden (Grosso); kratzen Sie ihn stattdessen in eine Reserveform oder in den Müll.

Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid

Beide Alkalien leisten dieselbe Arbeit, Molekül für Molekül. Der Unterschied ist die Seife, die sie hinterlassen. Natriumseifen der gesättigten Fettsäuren kristallisieren bei Raumtemperatur und werden zu festen Stücken; ihre Kaliumvarianten bleiben gelöst, weshalb Kaliumhydroxid Flüssig- und Schmierseife ergibt (McBain und Sierichs, 1948). Ein Rezept mit Mischlauge erledigt einen Teil der Verseifung mit jedem: ein kleiner Kaliumanteil für ein Stück, das leichter schäumt, ein größerer für Rasierseife und überwiegend Kalium für Cremeseife.

Sie sehen fast gleich aus und sind nach Gewicht nicht austauschbar: 56,1 g Kaliumhydroxid leisten, was 40,0 g Natriumhydroxid leisten. Wiegt man Natriumhydroxid nach einer Zahl für Kaliumhydroxid ab, bekommt eine Seife rund die Hälfte mehr Lauge, als ihre Öle verbrauchen können. Bei 1000 g Olivenöl sind das 200,6 g statt 128,7 g, eine Überfettung von etwa −48 %, und eine ätzende Seife. Beschriften Sie beide Dosen, bewahren Sie sie getrennt auf, und lesen Sie vor dem Abwiegen den Namen der Lauge über der Zahl im Rechner.

Häufige Fehler und Mythen

„In handgemachter Seife ist noch Lauge.“ Ein richtig berechnetes und hergestelltes Stück enthält keine mehr: Die Lauge wird knapper abgewogen, als die Öle aufnehmen könnten, und in der Reaktion verbraucht, wie Dunns Titrationen gereifter Stücke zeigen. Jede echte Seife wird mit Lauge hergestellt, Gießseifenbasis eingeschlossen; die Frage ist, ob noch welche übrig ist. Seifennormen messen genau das. Die ostafrikanische Norm für Toilettenseife zum Beispiel erlaubt höchstens 0,1 % freies Ätzalkali und setzt keine pH-Grenze, weil jede echte Seife alkalisch reagiert, etwa pH 9 bis 10.

„An die Zunge halten.“ Der Zungentest bringt eine möglicherweise ätzende Seife in den Mund, erkennt nur einen groben Überschuss und lässt sich von Düften wie Zimt und Nelke täuschen, die denselben Rezeptor für Brenngefühl aktivieren. Phenolphthalein, ein kalibriertes pH-Messgerät oder eine Titration im Labor beantworten die Frage ohne das Risiko; die Anleitung zum pH-Wert von Seife erklärt, wie man sie jeweils abliest.

Die Fehler, die wirklich Schaden anrichten, sind wenige und bekannt: Wasser, auf Lauge gegossen; ein Messbecher mit Lösung, unbeaufsichtigt oder unbeschriftet stehen gelassen; Aluminium irgendwo in der Nähe; alte, verbackene Lauge, abgewogen, als wäre sie frisch; das falsche Alkali im Rechner gewählt; eine niedrigere Reinheit eingetragen, als die Lauge wirklich hat; und Essig auf einer Verätzung statt fließendem Wasser.