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Riferimento

Ogni formula, e da dove viene

Il calcolatore è uno strato sottile sopra una piccola libreria di formule aperta. Questa pagina è quella libreria, scritta per esteso. Le convenzioni sono indicate come convenzioni; le costanti riportano la propria fonte.

Saponificazione e soda

La formula, e da dove viene
SAP_NaOH (mg/g) = SAP_KOH × 39.997 ÷ 56.106                # molar masses, IUPAC 2013
KOH₁₀₀ (g)      = Σ oilᵢ (g) × SAP_KOHᵢ ÷ 1000               # SAP defined as mg KOH per g fat
KOH_sf          = KOH₁₀₀ × (1 − superfat ÷ 100)
NaOH to weigh   = KOH_sf × (1 − f_KOH) × 39.997 ÷ 56.106 ÷ (purity_NaOH ÷ 100)
KOH to weigh    = KOH_sf × f_KOH ÷ (purity_KOH ÷ 100)
superfat from a given lye = (1 − lye_supplied_KOHeq ÷ KOH₁₀₀) × 100

L’acqua, in tre modi, e le soluzioni madre

La formula, e da dove viene
water = oils × p ÷ 100                    # p = water as % of oils (38 is the old default)
water = lye × (100 − c) ÷ c               # c = lye concentration % (33 is our default)
water = lye × r                           # r = water : lye ratio
c = lye ÷ (lye + water) × 100;  r = water ÷ lye;  p = water ÷ oils × 100

Master batch at strength s %:
solution = lye ÷ (s ÷ 100);  water_in = solution − lye;  water_add = water − water_in

Liquids replacing water:
plain water = max(0, water − Σ liquidᵢ × water%ᵢ ÷ 100)
  • Dunn, Kevin M. Scientific Soapmaking: The Chemistry of the Cold Process. Clavicula Press, 2010. Lye solution concentration and its effect on trace and gel.
  • Community convention: "full water" = 38 % of oil weight, the default that most hobby calculators have used since the 2000s; roughly a 27–28 % lye solution for a typical bar recipe. — A convention, not a chemical constant. Lye concentration is the better control variable because it does not drift with the oil blend.

Acidi e liquidi grassi

La formula, e da dove viene
NaOH consumed (g) = mass × purity × n × 39.997 ÷ M_acid
  citric acid (anhydrous, triprotic, M 192.124):  0.6246 g NaOH per g   (0.8760 g KOH)
  citric acid monohydrate (M 210.139):            0.5710
  acetic acid (M 60.052):                         0.6660   → 5 % vinegar: 0.0333 per g
  lactic acid (M 90.078):                         0.4440
effective superfat = (oils × sf ÷ 100 + fat from milks) ÷ (oils + fat from milks) × 100

Ricavare un indice di saponificazione dalla composizione

La formula, e da dove viene
M̄_fatty acid   = Σ(fraction_i × M_i)            # mass-weighted, renormalised to 100 %
M_triglyceride = 3 × M̄_fatty acid + 38.03      # glycerol 92.094 less three waters
SAP (mg KOH/g) = 3 × 56 106 ÷ M_triglyceride    # three KOH per triglyceride

free fatty acids (stearic acid, lauric acid and the like) take one KOH each:
SAP = 56 106 ÷ M̄_fatty acid

Validated on the 35 Codex oils where the saponification range and the
fatty-acid ranges come from the same standard:
  median absolute error  0.90 %
  90th percentile        2.74 %
  worst                  5.18 %
  bias                  −0.01 %
A derived value therefore carries a ±3 % band, and is offered only where the
published profile sums to between 95 % and 115 %.

Con quanta precisione i dati pubblicati fissano la soda

La formula, e da dove viene
KOH_low  = Σ(oilᵢ × SAP_minᵢ ÷ 1000)       # every oil at the bottom of its published range
KOH_high = Σ(oilᵢ × SAP_maxᵢ ÷ 1000)       # ...and at the top
KOH_mid  = Σ(oilᵢ × SAP_repᵢ ÷ 1000)       # what the lye is actually weighed from

supplied (as KOH equivalent) = KOH_mid × (1 − sf ÷ 100)

superfat actually achieved:
  worst case = (1 − supplied ÷ KOH_low)  × 100   # fat needs LESS lye than was weighed
  best case  = (1 − supplied ÷ KOH_high) × 100   # fat needs MORE, so more is left unsaponified

smallest nominal superfat whose worst case clears a floor f:
  sf ≥ (1 − (1 − f) × KOH_low ÷ KOH_mid) × 100

Profilo degli acidi grassi, qualità del sapone, numero di iodio e INS

La formula, e da dove viene
profile = Σ (oilᵢ ÷ total oils) × fatty acidsᵢ           # mass-weighted percent
hardness     = lauric + myristic + palmitic + stearic        (29–54)
cleansing    = lauric + myristic                             (12–22)
conditioning = oleic + linoleic + linolenic + ricinoleic     (44–69)
bubbly       = lauric + myristic + ricinoleic                (14–46)
creamy       = palmitic + stearic + ricinoleic               (16–48)
iodine value = Σ wᵢ × IVᵢ                                    (41–70)
INS          = Σ wᵢ × (SAP_KOHᵢ − IVᵢ)                       (136–165, ideal 160)
  • Community convention for soap qualities, in continuous use in hobby lye calculators since c. 2005: hardness = lauric + myristic + palmitic + stearic; cleansing = lauric + myristic; conditioning = oleic + linoleic + linolenic + ricinoleic; bubbly lather = lauric + myristic + ricinoleic; creamy lather = palmitic + stearic + ricinoleic. Recommended bands: hardness 29–54, cleansing 12–22, conditioning 44–69, bubbly 14–46, creamy 16–48. — A convention, not a measurement. It ignores superfat, water, cure and additives, and treats every fatty acid in a group as equal.
  • AOCS Official Method Cd 1-25, "Iodine Value of Fats and Oils, Wijs Method". g I₂ absorbed per 100 g of fat; a measure of unsaturation.
  • McDaniel, Robert S. Essentially Soap. Krause Publications, 2000. INS = saponification value (mg KOH/g) − iodine value; recommended range 136–165, ideal 160.

Dosaggio della fragranza, IFRA e allergeni

La formula, e da dove viene
f = oils × p ÷ 100                          # p = % of oils (PPO)
f = base × p ÷ (100 − p)                    # p = % of finished batch; base = everything but fragrance
% of finished product = f ÷ (base + f) × 100 ≤ certificate maximum for the product's IFRA category
blends (conservative): Σ loadᵢ ÷ maxᵢ ≤ 1
allergen % in product = Σ (fragrance % × allergen % in fragrance ÷ 100) ÷ (1 − cure mass loss)
declare if > 0.001 % leave-on, > 0.01 % rinse-off

Dimensionamento dello stampo

La formula, e da dove viene
V (mL) = l × w × h  |  π (d ÷ 2)² h  |  cavities × volume each     # 1 in³ = 16.387064 mL
batch (g) = V × ρ × fill                                        # ρ ≈ 1.0 g/mL, calibrate
oils = batch ÷ (1 + lye/oil + water/oil + additives/oil + fragrance/oil)
for comparison: the "in³ × 0.4 oz" rule assumes full water and 5 % superfat
  • Volume of a rectangular prism V = l × w × h; of a cylinder V = π × (d ÷ 2)² × h. 1 in³ = 16.387064 mL.
  • Empirical default. Fresh cold-process soap batter has a density close to water, ≈ 0.95–1.0 g/mL; the community rule "in³ × 0.4 = oz of oils" implies about 0.69 g/mL of oils, which is ≈ 1.05 g/mL of batter at 38 % water and 5 % superfat. Calibrate by weighing a filled mold once. — Density varies with whipping, fragrance, temperature and how full the mold is poured. Treat the default as a starting point and calibrate.

Diluizione del sapone liquido

La formula, e da dove viene
solids = oils + pure KOH                 # mass is conserved in saponification
paste concentration = solids ÷ paste × 100
water to add = solids ÷ (target ÷ 100) − paste
  • Conservation of mass in saponification: the soap and glycerol formed weigh exactly what the fat and hydroxide weighed. Solids in a paste are therefore taken as oils + pure lye; the remainder is water.
  • Failor, Catherine. Making Natural Liquid Soaps. Storey Publishing, 2000. Paste method, dilution ratios and sequestering.

Da dove viene un indice di saponificazione derivato

43 oli nel database non hanno un indice di saponificazione in nessun documento primario che potessimo usare. Invece di escluderli dal calcolatore o di inventare un numero, il valore viene calcolato dalla composizione in acidi grassi misurata dell’olio stesso. Non è una supposizione: tre moli di idrossido saponificano una mole di trigliceride, e la massa molare del trigliceride deriva dalla lunghezza delle catene degli acidi che contiene. La composizione determina il valore.

La domanda è quanto sia accurato, e questo si può misurare. Il test equo è il sottoinsieme Codex del database, trentacinque oli identificati per nome in cui l’intervallo di saponificazione e gli intervalli degli acidi grassi sono stati pubblicati dallo stesso ente a partire dallo stesso materiale. Rispetto a questi, l’errore assoluto mediano del metodo è dello 0,90 %, il novantesimo percentile del 2,74 %, il caso peggiore del 5,18 % e l’errore sistematico praticamente nullo, a −0,01 %. L’intervallo pubblicato mediano nello stesso database è di ±2,9 % rispetto al proprio centro, quindi un valore derivato è determinato più o meno con la stessa precisione di uno letto da una norma.

Misurato sul resto del database, l’errore apparente è molto peggiore — una mediana del 2,5 % e un caso peggiore del 21 %. Non è il metodo a sbagliare. Le discrepanze maggiori sono le stesse schede che il controllo di coerenza segnala già come contraddittorie al proprio interno, dove un indice di saponificazione pubblicato sta accanto a una composizione che non può produrlo. Confrontarsi con queste mescola l’errore del metodo con l’errore dei dati, ed è per questo che la validazione usa solo il sottoinsieme Codex.

Ogni valore derivato è indicato come derivato ovunque compaia, porta una fascia di ±3 % nel pannello dell’incertezza e viene messo da parte del tutto non appena inserisci un valore misurato sul tuo lotto.

Perché la soda ha un intervallo

Un indice di saponificazione non è una costante. Il Codex indica per l’olio di cocco 248–265 mg KOH/g perché il grasso varia davvero con l’origine, la stagione e la raffinazione. Tutti i calcolatori per il sapone lo nascondono stampando un solo numero con un decimale, e questa è falsa precisione: la cifra sembra una misura del tuo olio ed è in realtà il punto medio dell’indagine di qualcun altro.

Portata fino in fondo, la fascia ricade sul numero che conta. Il sovragrassaggio è il margine tra una saponetta delicata e una caustica, ed è esattamente ciò che l’incertezza si mangia. Una ricetta che chiede il 3 % di sovragrassaggio con comuni oli d’oliva e di cocco può in realtà trovarsi ovunque tra −0,2 % e 6 %, e l’estremo negativo è una saponetta con troppa soda. Non è un motivo per diffidare dell’aritmetica; è il motivo per cui il mestiere si è assestato su un sovragrassaggio di circa il 5 %, e per quanto ne sappiamo nessun calcolatore ha mai mostrato i calcoli dietro questa abitudine.

Prendere tutti gli oli allo stesso estremo del loro intervallo nello stesso momento dà un limite, non un intervallo di confidenza. I lotti reali non sono perfettamente correlati, quindi la dispersione raggiungibile è più stretta, e l’aritmetica non dice nulla su quanto sia probabile l’uno o l’altro estremo. L’unica cosa che la fa crollare è una misura: inserisci l’indice di saponificazione dal certificato di analisi del tuo lotto e quell’olio smette del tutto di contribuire all’incertezza.

Convenzioni che indichiamo come convenzioni

Le cinque «qualità del sapone» sono somme di gruppi di acidi grassi confrontate con fasce che i calcolatori amatoriali usano dalla metà degli anni 2000. Sono utili per confrontare ricette e inutili per prevedere una saponetta reale: ignorano sovragrassaggio, acqua, stagionatura, additivi e processo, e trattano come uguali tutti gli acidi di un gruppo. Il valore predefinito di «acqua piena» al 38 % e la regola dello stampo «× 0,4» sono abitudini, non chimica. Le implementiamo tutte fedelmente, perché chi fa sapone confronta in quel linguaggio, e diciamo cosa sono.

Fatti avvisare quando arriva il banco da lavoro

Ricette salvate, versioni e un registro dei lotti sono i prossimi passi. Lascia un indirizzo e saprai quando saranno pronti, più una breve nota ogni volta che esce qualcosa. Nessuna newsletter, niente viene venduto, un clic per smettere.