En resumen
- Disolver hidróxido de sodio desprende 44,5 kJ por mol en mucha agua, pero menos en una solución fuerte: unos 38 kJ por mol al 33 %.
- Si no se escapara nada de calor, una solución de sosa al 33 % hecha con agua a 20 °C llegaría a unos 108 °C. Las jarras reales pierden calor mientras la sosa se disuelve, pero una solución recién hecha aún puede pasar de 90 °C (194 °F): Failor midió unos 93 °C.
- La saponificación desprende su propio calor, del mismo orden que el de la sosa, pero a lo largo de horas. Que un bloque gelifique depende de lo deprisa que llega ese calor frente a lo deprisa que lo pierde el molde.
- El jabón empieza a convertirse en gel a unos 60 °C; cuanta menos agua tenga la masa, más tiene que calentarse para gelificar entero.
- Los azúcares, la miel, la leche y el alcohol hacen que un lote se caliente más. El azúcar de la leche se oscurece en la sosa en cuestión de minutos, y los azúcares reductores por encima de 84 °C con un álcali pueden desprender monóxido de carbono.
En esta página
La temperatura importa en cada etapa del jabón en frío, desde la jarra de solución de sosa hasta las horas que el bloque pasa en el molde. Esta guía pone cifras a cada etapa, con datos primarios donde los hay y con estimaciones calculadas donde no, y dice cuál es cuál.
Cuánto se calienta una solución de sosa
Disolver hidróxido de sodio en agua desprende calor. La cifra de referencia es para un gran exceso de agua: 10.637 calorías, o 44,5 kJ, por cada mol disuelto a 25 °C, el valor que da como “best” la revisión crítica de estas mediciones de la Oficina Nacional de Normas de EE. UU. (Parker, 1965). Eso es alrededor de 1,1 kJ por cada gramo de sosa.
La solución de sosa de un jabón no está ni de lejos tan diluida, y en una solución fuerte cada mol desprende menos, porque hay menos agua por mol en la que se acomoden sus iones. La misma revisión tabula la corrección para cada concentración, como entalpía molal aparente relativa. Este es el cálculo completo para una solución al 33 %.
- La composición. 100 g de solución son 33 g de NaOH y 67 g de agua. A 39,997 g/mol, eso son 0,825 mol de NaOH en 0,067 kg de agua, una molalidad de 12,3 mol/kg.
- El calor por mol a esa concentración. La tabla de Parker da +1513 cal/mol a 12,33 mol/kg, justo al lado de la nuestra. El calor de disolución es −10.637 + 1513 = −9124 cal/mol, que a 4,184 J por caloría son −38,2 kJ/mol.
- El calor desprendido. 0,825 mol × 38,2 kJ/mol = 31,5 kJ.
- El calor que puede absorber la solución. El manual de OxyChem da para la sosa cáustica del 32 al 34 % un calor específico de 0,84 a 0,86 Btu por libra y por °F entre 80 y 200 °F, unos 3,6 J por gramo y por grado. 100 g de solución necesitan unos 358 J para calentarse 1 °C.
- La subida de temperatura. 31.500 J ÷ 358 J/°C = 88 °C. Partiendo de agua a 20 °C (68 °F), la solución llegaría a unos 108 °C (227 °F).
Es una estimación, y por lo alto, porque supone que cada julio se queda en la solución. En una jarra real la sosa tarda un minuto o dos en disolverse, y mientras tanto el calor se escapa hacia la jarra, el aire y el vapor que sale de la superficie. Aun así, una solución recién hecha puede pasar de 90 °C (194 °F): Failor registra una que se disparó hasta unos 200 °F (93 °C), Cavitch y Faiola dan la misma cifra, y Watson advierte de que puede llegar a hervir. Faiola añade que los líquidos con azúcar se calientan todavía más. La estimación sigue diciendo dos cosas útiles: la solución pasa de largo la temperatura que escalda, y llega a unos 10 °C del punto de ebullición, que para una solución al 33 % está en unos 119 °C (246 °F) según la gráfica de OxyChem.
El método resiste una comprobación independiente. El manual de OxyChem resuelve un ejemplo de dilución en su gráfica de entalpía: sosa cáustica al 50 % a 120 °F, diluida al 20 % con agua a 80 °F, termina en unos 143 °F. Los mismos datos de Parker y los mismos calores específicos, con una breve extrapolación más allá de la última línea de la tabla de Parker, dan 143 °F.
| Concentración de sosa | Agua : sosa | Calor por gramo de sosa | Subida si no se escapara calor | Desde agua a 20 °C |
|---|---|---|---|---|
| 25 % | 3 : 1 | 1,06 kJ | 72 °C | unos 92 °C (198 °F) |
| 28,6 % | 2,5 : 1 | 1,02 kJ | 80 °C | unos 100 °C (213 °F) |
| 33 % | 2,03 : 1 | 0,96 kJ | 88 °C | unos 108 °C (227 °F) |
| 40 % | 1,5 : 1 | 0,82 kJ | 95 °C | unos 115 °C (238 °F) |
Estimaciones a partir de los calores de disolución de Parker y los calores específicos de OxyChem, calculadas igual que arriba. Las lecturas reales son más bajas.
Destacan dos cosas. Una solución más fuerte desprende menos calor por gramo de sosa y, sin embargo, se calienta más, porque hay menos agua para absorber el calor. Un descuento de agua hace la solución de sosa más caliente además de más fuerte.
En una receta entera las cifras son mayores de lo que parecen. Los 128,7 g de hidróxido de sodio para 1000 g de aceite de oliva con un 5 % de sobreengrasado, disueltos en sus 261,2 g de agua al 33 %, desprenden unos 123 kJ: lo bastante para calentar un litro de agua casi 30 °C.
Las mismas cuentas explican la regla del orden. Vierta agua sobre sosa sólida y los primeros gramos de agua se convierten en una solución muy fuerte y muy caliente en contacto con las perlas, y así es como se producen las salpicaduras y los hervores que desbordan la jarra. El manual de Dow para su propia sosa cáustica lo dice sin rodeos: añada la sosa al agua, nunca el agua a la sosa. La guía de seguridad con la sosa trata el resto.
El calor de saponificación
La segunda fuente es la propia reacción. No encontramos ningún valor medido del calor que desprende la saponificación de un aceite de jabonería, así que aquí va una estimación a partir de moléculas pequeñas cuyos calores se conocen bien.
Saponificar un éster equivale, en energía, a dos pasos: romperlo con agua y luego neutralizar el ácido que sale. Para el acetato de etilo, el éster pequeño de los libros de texto, las entalpías de formación del NIST hacen que el primer paso absorba un poco de calor, de unos 4 a 7 kJ por mol. El segundo desprende unos 56 kJ por mol: el valor de Parker para la combinación de los iones hidrógeno e hidróxido es de 13.345 cal, o 55,8 kJ, y un ácido carboxílico le añade poco. El balance es de unos 50 kJ por mol de enlaces éster.
El aceite de oliva tiene 3,39 mmol de enlaces éster por gramo (su índice de saponificación, 190 mg KOH/g, dividido entre 56,1). La receta de 1000 g de arriba saponifica el 95 % de ellos con sus 3,22 mol de sosa, lo que según esta estimación desprende algo así como 160 kJ: algo más que los 123 kJ que desprendió la sosa al disolverse. Tómelo como un orden de magnitud. El jabón de cadena larga cristaliza y forma cristal líquido de maneras en que un éster pequeño no lo hace, y cada uno de esos cambios tiene su propio calor.
La diferencia que importa es el tiempo. El calor de la sosa llega en un minuto y se puede enfriar en un fregadero. El calor de la reacción llega a lo largo de horas, en un molde, y acelera la reacción que lo produce: la masa caliente saponifica más deprisa, lo que la calienta todavía más. El manual de Thomssen de 1922 vio el resultado en un marco de fábrica: “The heat produced by the further spontaneous saponification will cause the soap to rise in the middle of the frame”, es decir, el calor de la saponificación espontánea que sigue hace que el jabón suba en el centro del marco. El proceso en frío de las fábricas funcionaba con ese calor. El manual de Simmons y Appleton de 1908 describe cómo el aceite de coco se combina con sosa fuerte incluso en frío, “evolving sufficient heat to complete the saponification”, desprendiendo calor suficiente para completar la saponificación; en una mezcla, el coco inicia la reacción y su calor arrastra consigo el sebo, la palma o el aceite de oliva.
El gel: adónde va el calor
El jabón y el agua juntos cambian de fase con la temperatura. El jabón fresco y frío es cuajada (curd): cristales de jabón en agua, opacos. Si se calienta lo suficiente, se convierte en lo que los antiguos fabricantes de jabón en caldera llamaban neat soap, un cristal líquido, translúcido y brillante, que los jaboneros llaman gel. La guía de la química de la saponificación describe la estructura.
El diagrama de fases jabón-agua de Dunn le pone cifras. Leídas en el diagrama, y por tanto aproximadas: en todo el rango que cubre, de un 11 a un 27 % de agua, el jabón empieza a convertirse en gel a unos 60 °C (140 °F), y la temperatura necesaria para gelificarlo entero sube a medida que baja el agua. Con un 27 % de agua, más o menos, 60 °C casi bastan. Con un 20 %, hacen falta unos 75 °C (167 °F). Con un 11 %, más de 100 °C.
| Concentración de sosa | Agua en el lote recién hecho | Empieza el gel | Gelifica entero a unos |
|---|---|---|---|
| 25 % | 25,5 % | unos 60 °C | 60–65 °C |
| 33 % | 18,8 % | unos 60 °C | 75–80 °C |
| 40 % | 14,6 % | unos 60 °C | 90–95 °C |
Agua en el lote para 1000 g de aceite de oliva con un 5 % de sobreengrasado, según la calculadora; temperaturas de gel leídas en el diagrama de Dunn (2012).
Los jaboneros llegaron al mismo umbral por experiencia. En Pure Soapmaking, Faiola escribe que el jabón “typically gels when it reaches a temperature above 140°F (60°C) in the mold”, y que la mayoría de las recetas mezcladas a 49 °C (120 °F) o más gelifican solas.
¿Cuánto se calienta un bloque? Faiola sitúa el gel normalmente de 40 a 60 °F, de 22 a 33 °C, por encima de la temperatura a la que se vertió la masa. Un bloque vertido a entre 38 y 43 °C (100 y 110 °F) llega por tanto a un máximo de entre unos 60 y 76 °C: justo a caballo del umbral. Por eso la misma receta gelifica un día y al siguiente no, y por eso un lote con poca agua es el más propenso a gelificar solo en el centro, donde está más caliente.
Tamaño, forma y aislamiento
Un bloque produce calor en proporción a su volumen y lo pierde en proporción a su superficie. Un bloque de 25 × 8 × 7 cm, 1,4 litros, tiene 862 cm² de superficie: 0,62 cm² por cada centímetro cúbico. Una sola cavidad de 7 × 5 × 2,5 cm tiene 1,49 cm² por centímetro cúbico, 2,4 veces más superficie por la que cada gramo puede perder calor. Duplique todas las medidas del bloque y la proporción se reduce a la mitad. Esas son las cuentas que hay detrás de tres consejos del oficio:
- Los moldes de cavidades rara vez gelifican solos. Quien quiere gel tiene que añadir calor; Faiola lo fuerza con una almohadilla térmica a baja temperatura durante unos 30 minutos cuando quiere colores más vivos.
- Los moldes grandes pueden descontrolarse. Watson advierte de que un lote muy grande vertido en un solo molde puede sobrecalentarse, incluso hasta hervir, y aconseja moldes moderados con espacio entre ellos.
- El aislamiento y el frío actúan sobre el mismo equilibrio. Las toallas o una caja frenan la pérdida de calor y empujan al bloque al gel; un molde destapado en la nevera o el congelador lo mantiene fuera. La guía de la fase de gel explica cuándo conviene cada cosa.
Elegir la temperatura de trabajo
El mínimo lo fijan las grasas. Si la masa se enfría hasta que sus grasas más duras empiezan a cuajar, espesa sin saponificar, lo que Watson llama falsa traza. Cuánto puede enfriarse una mezcla depende de la mezcla, porque las grasas se disuelven unas en otras, pero los puntos de fusión de las duras dan la escala. Según los rangos de nuestras páginas de aceites, el aceite de coco funde entre 23 y 26 °C, la manteca de cacao entre 31 y 35 °C, la manteca de karité entre 33 y 40,5 °C y la cera de abeja entre 62 y 65 °C, y por eso Faiola aconseja trabajar con cera de abeja a 63 °C (145 °F) o más, para que no se endurezca.
Por encima del mínimo, la elección es más un hábito de trabajo que química, y las fuentes se reparten mucho.
| Fuente | Sosa y aceites juntados a |
|---|---|
| Simmons y Appleton (1908) | “as low as is consistent with fluidity”, tan baja como lo permita la fluidez: 24 °C (75 °F) para el aceite de coco solo, 38–49 °C (100–120 °F) con sebo |
| Cavitch, The Natural Soap Book | cerca de 27 °C (80 °F) para los jabones de aceites vegetales; los jabones con la mitad de sebo de vacuno admiten un rango más amplio |
| Watson, Smart Soapmaking | 32–43 °C (90–110 °F); la sosa y los aceites no tienen por qué coincidir |
| Letcavage y Harden, Natural Soap Making | unos 38 °C (100 °F), 5,5 °C (10 °F) arriba o abajo |
| Faiola, Soap Crafting | a 60 °C (140 °F) o menos, normalmente por debajo de 49 °C (120 °F), a no más de unos 5,5 °C (10 °F) entre sí; las recetas con mucha palma, 54–60 °C (130–140 °F) |
| Faiola, Pure Soapmaking | por debajo de 60 °C (140 °F), la mayoría de las recetas a 43–49 °C (110–120 °F); 49–54 °C (120–130 °F) para la rubia, la alcaná y el índigo, que necesitan un gel caliente; por debajo de 49 °C en moldes de silicona, donde el jabón sobrecalentado puede salir con hoyitos; algunas recetas vierten la sosa a 54–57 °C (130–135 °F) en aceites a 32–38 °C (90–100 °F) |
| Corley Barto, The Natural Soap Chef | 32–38 °C (90–100 °F) para las recetas con aceite de ricino, más frío que el resto de su libro |
El jabón se forma en cualquier punto de este rango. Lo que cambia es la velocidad.
La masa más caliente saponifica más deprisa: llega antes a la traza, se calienta antes por sí sola y es más probable que gelifique. La masa más fría da más tiempo para remolinos y capas y mantiene más pálidas las leches y los azúcares. Corley Barto trabaja más frías sus recetas con aceite de ricino porque, según ella, el aceite de ricino se calienta más; no conocemos ninguna medición que lo respalde.
Watson convierte el calor de la reacción en un indicador. Bate hasta que la masa ha subido alrededor de 1 °C (2 °F) desde su temperatura de partida, la señal de que la saponificación está en marcha, y nunca pasa de una subida de 3 °C (5 °F), a partir de la cual puede estar demasiado espesa para verter.
Menos agua, sosa más caliente. Con una concentración de sosa del 40 %, los 128,7 g de hidróxido de sodio para 1000 g de aceite de oliva van en 193,0 g de agua en lugar de 261,2 g.
Abrirla en la calculadoraAzúcar, miel, leche y alcohol
Los azúcares y los alcoholes hacen que un lote llegue antes a la traza y se caliente más. La explicación de Dunn es que tienden un puente entre las moléculas de jabón y las de agua, de modo que el aceite se emulsiona antes y saponifica más deprisa, lo que adelanta la subida de temperatura y el gel. Nuestra base de datos de aditivos marca el azúcar, la miel y el sorbitol como aditivos que calientan el lote, y cuando una receta lleva uno, el método que escribe la calculadora le indica que no aísle el molde. Nuestra pastilla de suero de mantequilla y miel va más allá y pasa su primer día en la nevera.
La miel y la leche traen además un peligro. La base de datos química de la NOAA advierte de que los azúcares reductores, “heated (above 84°C.), evolve toxic levels of carbon monoxide in the presence of alkalis”: calentados en presencia de álcalis, desprenden niveles tóxicos de monóxido de carbono. La glucosa y la fructosa de la miel son azúcares reductores, y también la lactosa de la leche. Esa es una de las razones por las que la miel entra en la traza y nunca en la sosa caliente. Faiola empieza sus jabones de miel con los dos líquidos por debajo de 38 °C (100 °F), añade la miel en la traza y mete el jabón vertido directamente en la nevera o el congelador.
La leche tiene un segundo problema: el color. Dunn puso lactosa en sosa y se volvió marrón en cuestión de minutos, lo que él considera el origen del color del jabón de leche de cabra. Mantener la leche fría mientras entra la sosa es toda la técnica: nuestra pastilla de leche de cabra, avena y miel espolvorea la sosa sobre leche congelada puesta en agua con hielo. Los topes publicados para la mezcla de leche y sosa van de 49 °C (120 °F) en Letcavage y Harden a 60 °C (140 °F) en Corley Barto, y nuestra guía del jabón de leche apunta por debajo de 30 °C (86 °F). Cavitch también se quedaba ahí: enfriaba su solución de sosa a 27 °C (80 °F) antes de verterla en un hilo sobre leche templada a la misma temperatura, y Faiola mantiene su solución de sosa con leche de coco por debajo de 38 °C (100 °F). Cuanto más bajo el pico, más pálida la pastilla.
La cerveza y el vino llevan a la vez azúcar y alcohol. Cable los deja perder el gas y luego los cuece a fuego lento 30 minutos antes de usarlos para reducir el riesgo de sobrecalentamiento, y nunca aísla el jabón; la guía de los líquidos explica la preparación.
Cuando un bloque se sobrecalienta
Un bloque que se sobrecalienta sube por el centro, como vio Thomssen, luego se agrieta a lo largo de la parte de arriba y, en el peor caso, empuja el jabón hacia arriba y por encima de los bordes del molde. Faiola añade a lo que puede hacer el calor extra del azúcar el sudor y los túneles de calor, grandes huecos en el centro del bloque. El calor también se nota dentro de la pastilla como ríos de glicerina y grietas. El remedio es quitarle el calor: destápelo y llévelo a un sitio frío. Cable mete en la nevera un bloque que se sobrecalienta, y advierte de que aun así puede desbordarse.
El peor caso es el que advierte Watson: un bloque que llega al punto de ebullición de su propia agua. La masa recién hecha tiene entre un 15 y un 25 % de agua, más o menos, y una receta con azúcar, trabajada en caliente y vertida en un molde grande y aislado, tiene todos los factores de esta guía empujándola en esa dirección.
Proceso en caliente y fundir y verter
En el proceso en caliente el calor se añade a propósito. Fisher cuece entre 66 y 77 °C (150 y 170 °F), en una olla de cocción lenta en la posición baja o en el horno, lo que lleva todo el lote a través del gel mientras termina la reacción. La fragancia entra cuando el jabón se ha enfriado algo, por debajo de unos 82 °C (180 °F) en el método de proceso en caliente que siguen los pasos de nuestra calculadora y en nuestra pastilla de leche de cabra y karité en caliente, para que no se evapore.
La base de fundir y verter es jabón terminado, así que no tiene calor de reacción propio. Su límite es cuánto calor aguanta. Fisher da entre 54 y 60 °C (130 y 140 °F) como el rango más manejable y advierte de que por encima de 71 °C (160 °F) una base empieza a hervir y a quemarse. Sobrecalentarla le quita agua, y Failor señala que deja el jabón quebradizo o con mal olor. Fúndala en tandas cortas o al baño María, y remueva entre una y otra. La calculadora de fundir y verter dimensiona el lote.
Recetas para probar
Todas las recetasFuentes
Las notas sobre estas fuentes están en la página en inglés, con las palabras que se comprobaron en cada documento.
- Thermal Properties of Aqueous Uni-univalent Electrolytes (NSRDS-NBS 2) . V. B. Parker, US National Bureau of Standards , 1965.
- Caustic Soda Handbook . OxyChem (Occidental Chemical Corporation) , 2026.
- NIST Chemistry WebBook: ethyl acetate, acetic acid and ethanol, condensed phase thermochemistry . National Institute of Standards and Technology .
- Transparency and Meltability in Hot-Process Soap . Kevin M. Dunn, Handcrafted Soapmakers Guild conference , 2012.
- Protein in Handcrafted Soap . Kevin M. Dunn, Handcrafted Soapmakers Guild conference , 2014.
- Alcohols, sugars and cold process soap . Kevin M. Dunn, for Wholesale Supplies Plus .
- Sodium hydroxide solution, chemical datasheet . NOAA CAMEO Chemicals .
- The Caustic Soda Solution Handbook, Form No. 102-00011 . The Dow Chemical Company , 2004.
- Making Transparent Soap . Catherine Failor, Storey Publishing , 2000.
- Soap Crafting . Anne-Marie Faiola, Storey Publishing , 2013.
- Pure Soapmaking . Anne-Marie Faiola, Storey Publishing , 2016.
- The Natural Soap Book . Susan Miller Cavitch, Storey Publishing , 1995.
- Smart Soapmaking . Anne L. Watson, Shepard Publications , 2013.
- Natural Soap Making . Elizabeth Letcavage and Melissa Harden, Stackpole Books , 2013.
- The Natural Soap Chef . Heidi Corley Barto, Ulysses Press , 2012.
- The Natural Soap Making Book for Beginners . Kelly Cable, Althea Press , 2017.
- The Complete Photo Guide to Soap Making . David Fisher, Creative Publishing International , 2018.
- The Handbook of Soap Manufacture . W. H. Simmons and H. A. Appleton, Scott, Greenwood & Son (Project Gutenberg edition) , 1908.
- The Soap-Maker's Manual . E. G. Thomssen (Project Gutenberg edition) , 1922.