NaOH, KOH und Mischlauge: Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid erklärt

Natriumhydroxid (NaOH, Ätznatron, in Lösung Natronlauge) und Kaliumhydroxid (KOH, Ätzkali, in Lösung Kalilauge) erledigen beim Seifensieden dieselbe Aufgabe: Beide liefern das Hydroxid, das ein Fett in Seife und Glycerin spaltet. Unterschiedlich sind die Seife, die jedes zurücklässt, wie viele Gramm ein Rezept braucht und was die Schuppen in Ihrem Regal tatsächlich enthalten. Diese Anleitung behandelt alle drei Punkte, dann Rezepte mit Mischlauge, die beide verwenden, und die eine Verwechslung zwischen ihnen, die ein Stück ätzend machen kann.

Dieselbe Reaktion, verschiedene Gewichte

Ein Fettmolekül nimmt drei Hydroxide auf, gleich welches Alkali sie liefert; die beiden sind also Molekül für Molekül austauschbar, nicht Gramm für Gramm. Ein Kaliumatom ist schwerer als ein Natriumatom, und mit den Atomgewichten der IUPAC wiegt ein Mol KOH 56,106 g gegenüber 39,997 g bei NaOH. Also leistet 1 g KOH die Arbeit von 0,7129 g NaOH, und 1 g NaOH die Arbeit von 1,4028 g KOH.

Verseifungszahlen sind über Kaliumhydroxid definiert, als Milligramm KOH pro Gramm Fett (AOCS Cd 3-25); ein Rechner rechnet sie also mit diesen 0,7129 um, sobald Sie Natriumhydroxid wählen. Eine Tabelle, die für Olivenöl 0,190 angibt, nennt Ihnen den KOH-Wert; der NaOH-Wert ist 0,135.

Aus unserem Rechner, mit den repräsentativen Verseifungszahlen 190 und 256,5 mg KOH/g.

Das ergibt eine schnelle Plausibilitätsprüfung. Für Stückseife mit 5 % Überfettung macht Natriumhydroxid grob 13 % (Olivenöl) bis 17 % (Kokosöl) des Ölgewichts aus. Kaliumhydroxid mit 90 % Reinheit kommt auf grob 20 bis 27 %. Eine Laugenmenge außerhalb des Bereichs für das Alkali, das Sie in der Hand haben, verdient einen zweiten Blick.

Warum Natrium feste Stücke und Kalium Flüssigseife ergibt

Ein Stück Seife ist eine Masse aus Seifenkristallen, die etwas Wasser hält. Ob die Seife bei Raumtemperatur kristallisiert oder gelöst bleibt, trennt die beiden Alkalien, und die klassischen Messungen von McBain und Sierichs aus dem Jahr 1948 zeigen das Muster deutlich. In ihren Versuchen lösten sich bei Raumtemperatur nur eine Handvoll reiner Seifen in nennenswertem Umfang: Kaliumlaurat, Kaliummyristat, Kaliumoleat, die Kaliseife aus den gemischten Säuren des Kokosöls und Natriumoleat. Jede andere Natrium- oder Kaliumseife der gesättigten Fettsäuren, darunter Natriumlaurat und Natriumstearat, brauchte Wärme, um in Lösung zu gehen.

Eine Natronseife aus Kokosöl, Palmöl oder Talg wird also zu einem festen, kristallinen Stück. Mit Kaliumhydroxid hergestellt, bleiben die Laurin- und Ölsäureseifen aus Kokos- und Olivenöl als durchscheinende Paste in Lösung, und genau das will man für Flüssigseife: Die Paste lässt sich mit Wasser zu etwas Gießbarem verdünnen, und unser Verdünnungsrechner rechnet aus, wie viel Wasser es braucht. Die Schmierseifen der Geschichte, etwa Savon noir aus Olivenöl und Kali, sind dieselbe Chemie, nur vor dem Verdünnen angehalten.

Natriumoleat ist die Ausnahme auf der Natriumseite, und es erklärt die Kastilienseife. Ein Stück aus reiner Olivenölseife besteht überwiegend aus Natriumoleat, das so gut löslich ist, dass das junge Stück wochenlang weich bleibt und beim Gebrauch glitschig wird.

Reinheit: was die Schuppen in Ihrem Regal enthalten

Natriumhydroxid verlässt die Fabrik nahezu rein. Ein Herstellerzertifikat für einen Sack Ätznatronperlen, das Dunn Seifensiedern zeigte, nennt 99,9 % NaOH, und der Rechner geht von 100 % aus, wenn Sie nichts ändern; sein Hinweis nennt 98 bis 100 % für Lebensmittel- und technische Qualität.

Kaliumhydroxid nicht. Die Bewertung der OECD gibt den industriellen Feststoff mit etwa 91 % KOH und etwa 8 % Wasser an, und Plätzchen in Reagenzqualität sind nur mit 85 % KOH garantiert, bei bis zu 2 % Kaliumcarbonat. Der Rechner geht von 90 % aus und warnt Sie, wenn Sie 99,5 % oder mehr einstellen.

Eine falsche Reinheit wiegt am schwersten, wenn die Überfettung klein ist, und Flüssigseife wird mit 0 bis 3 % gemacht. KOH, das in Wirklichkeit zu 95 % rein ist, aber mit 90 % eingetragen wird, gibt Ihnen 5,6 % mehr KOH, als das Rezept braucht, genug, um eine Flüssigseife mit 0 bis 3 % unter null zu drücken. Tragen Sie Schuppen mit 90 % als 100 % ein, fehlen Ihnen 10 %, und es bleibt eine trübe, fettige Paste. Nehmen Sie die Reinheit vom Etikett oder Analysenzertifikat Ihres Lieferanten, und messen Sie sie, wenn Sie keines von beiden haben (siehe unten).

Mischlauge

Ein Rezept mit Mischlauge erledigt einen Teil seiner Verseifung mit Kaliumhydroxid und den Rest mit Natriumhydroxid. Wählen Sie im Rechner Mischlauge, erscheint ein Feld KOH-Anteil. Es ist der Anteil an der Verseifung, den das Kalium übernimmt, kein Anteil am Gewicht, und weil KOH das schwerere Molekül ist und weniger rein verkauft wird, ist sein Gewichtsanteil immer größer. Die Ergebnisse nennen beides.

Nehmen Sie unser Rezept für Rasierseife: 40 % Stearinsäure, 25 % Kokosöl, 20 % Olivenöl, 10 % Rizinusöl und 5 % Sheabutter, mit 4 % Überfettung, wobei das Kalium 40 % der Verseifung übernimmt. Für 500 g Öle sind das 43,7 g Natriumhydroxid und 45,4 g Kaliumhydroxid mit 90 %. Das Kalium leistet zwei Fünftel der Arbeit und macht 51 % der Lauge aus, die Sie abwiegen.

Wie viel Kalium Sie nehmen, hängt davon ab, was Sie davon wollen:

• Stückseife, um 5 %. Ein wenig Kalium lässt ein Stück leichter in Lösung gehen und schäumen, besonders Seifen, die reich an Stearin- und Palmitinsäure sind. Classic Bells gibt Watsons Vorschlag von 5 % für Kastilienseife weiter, um den fadenziehenden Schleim zu mindern, für den reine Olivenölseife bekannt ist. Für 1000 g Olivenöl mit 5 % Überfettung ergibt ein Anteil von 5 % 122,2 g Natriumhydroxid und 10,0 g Kaliumhydroxid.
• Rasierseife, mehr. Dieselbe Löslichkeit und derselbe Schaum zählen bei einer stearinreichen Rasierseife noch mehr. Thomssens Rasierseifen von 1922 reichen von etwa 25 % bis 45 %; unsere verwendet 40 %, und unsere Rasierseife mit Stearinsäure geht auf 50 %, damit ein feuchter Pinsel schnell Seife aufnimmt. Die Anleitung zu Rasierseife geht auf die Verhältnisse ein.
• Cremeseife, überwiegend Kalium. Fishers einfache Cremeseife kommt, nach der Verseifung gerechnet, auf etwa drei Viertel Kalium, bei rund 5 % Überfettung, und veröffentlichte Rasiercremes liegen im selben Bereich. Unser Rezept für Cremeseife startet bei 75 %; der KOH-Anteil bestimmt, wie weich eine Creme bleibt, erhöhen Sie ihn also für eine weichere und senken Sie ihn für eine festere, und die Anleitung zu Cremeseife geht weiter.

Mit einem Masterbatch hält der Rechner die beiden getrennt: Die Vorratslösung enthält das Natriumhydroxid, und das Kaliumhydroxid wird trocken abgewogen.

Die Verwechslung, die ein Stück ätzend macht

Der Rechner merkt sich Ihre letzte Wahl der Lauge, im gespeicherten Zustand und in jedem Link, den Sie kopieren. Machen Sie an einem Abend Flüssigseife, tippen Sie am nächsten ein Rezept für Stückseife ein, ohne auf Natriumhydroxid zurückzustellen, und die Zahl auf dem Bildschirm ist eine Zahl für Kaliumhydroxid. Wiegen Sie danach Natriumhydroxid ab, ist das Stück stark laugenlastig.

Für 1000 g Olivenöl mit 5 % Überfettung verlangt der Rechner im KOH-Modus 200,6 g. Als Natriumhydroxid abgewogen statt der 128,7 g, die das Stück braucht, ist das etwa die Hälfte mehr Lauge, als die Öle verbrauchen können: eine Überfettung von −48 %. Derselbe Fehler passiert mit einer Verseifungstabelle für KOH, die gelesen wird, als wäre sie für NaOH, und mit zwei unbeschrifteten Dosen weißer Schuppen; Faiola warnt ausdrücklich davor, das eine zu kaufen, wenn man das andere meinte.

Der umgekehrte Fehler ist nur Verschwendung. Wiegen Sie für eine Flüssigseife 128,7 g Kaliumhydroxid mit 90 % nach einer Angabe für Natriumhydroxid ab, liegt die Überfettung bei etwa 39 %: eine fettige Paste, die sich nicht klar verdünnen lässt, aber keine ätzende.

Lauge nimmt Wasser und Kohlendioxid auf

Beide Hydroxide ziehen Wasser aus der Luft. Die Chemikaliensicherheitskarte beschreibt Natriumhydroxid als hygroskopisch, und die Bewertungen der OECD nennen sowohl es als auch Kaliumhydroxid zerfließlich, also fähig, so viel Wasser aufzunehmen, dass sie sich darin lösen; für Kaliumhydroxid fügt die OECD hinzu, dass es auch bereitwillig Kohlendioxid aufnimmt.

Aufgenommenes Wasser macht jedes Gramm, das Sie abwiegen, schwächer. Dunn simulierte Ätznatron, dessen Reinheit auf 95, 90, 85 und 80 % abgesunken war, und fand, dass die Seifen weicher ausfielen: mit zu wenig Lauge und harmlos, aber nicht das Stück, das Sie entworfen haben. Kohlendioxid ist schlimmer, denn es macht aus Hydroxid Carbonat, und es gibt keinen einfachen Weg, es wieder herauszubekommen. Dunns Prüfung für Natriumhydroxid besteht darin, eine Lösung mit 50 % anzusetzen: Natriumcarbonat löst sich in starker Lauge nicht, eine verunreinigte Charge zeigt also weiße Flöckchen, die auf der Oberfläche schwimmen. Ein paar sind unvermeidlich; viele bedeuten, dass die Lauge für Seife untauglich ist.

Bewahren Sie beide Alkalien in luftdichten Behältern auf und schließen Sie sie gleich nach dem Abwiegen. Hat ein Behälter offen gestanden oder ist der Inhalt verklumpt, messen Sie die Reinheit oder ersetzen Sie ihn.

Die Reinheit zu Hause messen

Dunns Methode braucht eine Waage, die auf 0,01 g genau anzeigt, wasserfreie Zitronensäure und Phenolphthalein, dazu dieselbe Schutzbrille und dieselben Handschuhe wie bei jeder anderen Arbeit mit Lauge. Lösen Sie etwa 10 g Zitronensäure, genau abgewogen, in 500 mL destilliertem Wasser und geben Sie drei Tropfen Phenolphthalein-Lösung mit 1 % dazu. Geben Sie die Lauge nach und nach dazu und rühren Sie, bis sich jede Zugabe gelöst hat; die Lösung blitzt rosa auf und wird wieder klar, während die Säure sie neutralisiert. Wenn ein schwaches Rosa eine Minute lang bleibt, haben Sie gerade genug Lauge zugegeben, um die Säure zu neutralisieren. Dann gilt:

• % NaOH = 62,46 × Zitronensäure (g) ÷ zugegebenes Ätznatron (g)
• % KOH = 87,61 × Zitronensäure (g) ÷ zugegebenes Ätzkali (g)

Tragen Sie das Ergebnis im Rechner als Reinheit ein; er teilt den Bedarf an reiner Lauge dadurch, wie Dunn es empfiehlt.

Wärme und Handhabung

Kaliumhydroxid gibt beim Lösen mehr Wärme ab: 57,61 kJ pro Mol für den reinen Feststoff gegenüber 44,51 kJ bei Natriumhydroxid (CRC Handbook); dieselbe Verseifungsleistung setzt als KOH also grob 30 % mehr Wärme frei. Fisher bemerkt, dass eine Kalilauge heftiger reagiert und in der Kanne klingen kann, als würde sie kochen. Beide Alkalien verätzen Haut und Augen, und alles in der Anleitung zur Laugensicherheit gilt für beide. Die Wasserseite der Lösung, auch wie stark Sie sie machen können, steht in der Anleitung zu Wasser und Laugenkonzentration.