Acqua dura e sapone: patina, chelanti e risciacquo

La durezza dell’acqua è, nella sua definizione più antica, una misura di ciò che l’acqua fa al sapone. Il documento di base dell’Organizzazione Mondiale della Sanità sull’argomento si apre così: «Water hardness is the traditional measure of the capacity of water to react with soap, hard water requiring considerably more soap to produce a lather.» Questa guida segue quella reazione dal lavabo alla pelle, ci mette dei numeri e separa ciò che aiuta davvero da ciò che i saponai sperano che aiuti.

Cos’è la durezza

L’acqua dura porta calcio e magnesio disciolti, raccolti passando nel calcare e nella creta, con quantità minori di ferro, manganese e altri metalli. Si esprime in milligrammi di carbonato di calcio per litro, quali che siano gli ioni presenti davvero, e il documento di base dell’Organizzazione Mondiale della Sanità sulla durezza usa le fasce abituali.

OMS, Hardness in Drinking-water (2011). Il tuo gestore idrico pubblica il valore per la tua zona.

Una conversione comoda: dividi il valore per 100 e ottieni le millimoli di calcio e magnesio per litro. Un’acqua a 300 mg/L ne porta 3 mmol in ogni litro.

Cosa succede quando il sapone la incontra

Una molecola di sapone è una catena di acido grasso con una carica negativa a un’estremità, bilanciata nella saponetta da uno ione sodio. In acqua il sodio si allontana. Uno ione calcio o magnesio porta due cariche positive, quindi si lega a due molecole di sapone alla volta, e il composto che formano è insolubile:

2 sapone⁻ + Ca²⁺ → sapone di calcio (solido)

Quel solido è la patina. Il manuale di Thomssen del 1922 chiama questi composti «insoluble soaps of lime and magnesia» e osserva che «act as inert bodies as far as their value for the common use of soap is concerned». Non fanno schiuma e non lavano, e il sapone finito lì dentro è perso. La schiuma comincia a formarsi solo quando la durezza dell’acqua è stata consumata, ed è per questo che l’acqua dura richiede più sapone per la stessa schiuma.

La perdita si calcola facilmente. Due molecole di sapone per ione, moltiplicate per il peso di una molecola di sapone, danno il sapone che ogni litro distrugge.

Masse molari medie ricavate dal centro dell’intervallo di saponificazione di ciascun olio, riportato nella sua scheda: circa 305 g/mol per il sapone sodico dell’olio d’oliva e 228 g/mol per quello dell’olio di cocco.

Dove si forma la patina dipende dal rapporto tra sapone e acqua. Mentre fai schiuma, molto sapone incontra poca acqua, la durezza di quell’acqua si esaurisce subito e il resto del sapone fa schiuma. Quando risciacqui, una traccia di sapone incontra litri di acqua dura, e quasi tutto finisce come sapone di calcio: nel lavabo, come l’anello grigio che l’OMS chiama «bathtub ring», e su di te.

Lo stesso sapone agitato in acqua dolce (a sinistra) e in acqua dura (a destra). L’acqua dura diventa torbida per il sapone di calcio e trattiene poca schiuma.

Sulla pelle e sui capelli

La patina non finisce tutta nello scarico. Tanaka e colleghi lo dicono chiaramente: «Mineral ions in tap water react with fatty acids in soap, leading to the formation of insoluble precipitate (metallic soap) on skin during washing.» Nella parte del loro studio condotta sulle persone, lavarsi per quattro settimane con acqua dolce ultrapura ha ridotto secchezza e prurito in chi aveva la pelle secca.

Le misure migliori riguardano un tensioattivo sintetico anziché il sapone. Danby e colleghi hanno lavato zone di prova sulla pelle di 80 volontari con sodio lauril solfato in acque di durezza diversa. L’acqua dura, a circa 395 mg/L, ha lasciato sulla pelle 2,8 volte il tensioattivo lasciato dall’acqua deionizzata, e l’addolcimento a scambio ionico sotto i 25 mg/L ha ridotto nettamente il residuo. Il residuo aumentava la perdita d’acqua attraverso la pelle e causava irritazione, soprattutto nelle persone con eczema portatrici di una mutazione del gene della filaggrina.

Cosa significhi per la pelle di tutti i giorni è meno chiaro. In uno studio randomizzato su 336 bambini con eczema che vivevano in zone con acqua dura, installare un addolcitore a scambio ionico non ha dato alcun miglioramento in più della gravità dell’eczema in 12 settimane (Thomas e colleghi, 2011). L’acqua dura lascia più tensioattivo sulla pelle; quanto conti varia da persona a persona, e le prove che addolcire l’acqua aiuti l’eczema sono deboli.

Sui capelli la chimica è la stessa, anche se non abbiamo trovato studi controllati sulle saponette usate sui capelli in acqua dura. Il sapone di calcio rimasto nei capelli è il motivo per cui un risciacquo acido fa parte del lavaggio dei capelli con il vero sapone: un acido diluito, aceto o acido citrico in acqua, ritrasforma il sapone di calcio in acido grasso libero e in un sale di calcio solubile che va via con l’acqua. La guida allo shampoo solido tratta il risciacquo, e la nostra ricetta di shampoo solido lo dà per scontato.

Perché il sapone di cocco se la cava meglio

Il sapone fatto con olio di cocco o di palmisti ha tre vantaggi nell’acqua dura o salata, e hanno cause diverse.

Resta sciolto in salamoia. Il sale spinge il sapone fuori dalla soluzione; i saponieri lo sfruttano, con la «salatura», per separare il loro sapone dalla liscivia. Il manuale di Simmons e Appleton del 1908 registra che il sapone di sego è il più facile da salare, e che «soaps made from cocoa-nut and palm-kernel oils require very large amounts of salt to grain out thoroughly», perché si sciolgono in una salamoia debole. Ecco perché i saponi marini, fatti per lavarsi con l’acqua di mare sulle navi, erano fatti con olio di cocco o di palmisti: sono «soluble in brine» e quindi «capable of use in sea-water». Thomssen dà la stessa ragione per il nome: il sapone marino forma facilmente «a lather with salt water».

Ne perde meno in peso. La durezza distrugge il sapone molecola per molecola, e le molecole del sapone di cocco sono più leggere, quindi lo stesso litro costa circa un quarto di sapone in meno in peso: 1,37 g contro 1,83 g di sapone all’olio d’oliva a 300 mg/L.

Si scioglie in acqua fresca. Sotto una temperatura chiamata punto di Krafft, un sapone sodico si comporta come un sale poco solubile e non forma micelle. Per il laurato di sodio, il sapone principale dell’olio di cocco, quel punto è di circa 25 °C (77 °F), e per il miristato di 45 °C (113 °F). Per il palmitato e lo stearato che compongono buona parte del sapone di palma e di sego è di 60 °C (140 °F) e 71 °C (160 °F) (Raiguel e colleghi, 2025). Una saponetta al cocco mette in fretta sapone nell’acqua fresca, abbastanza da sommergere la durezza nella schiuma e averne d’avanzo.

Niente di tutto questo ferma la patina. L’acqua di mare è il caso estremo: alla composizione di riferimento porta 0,41 g di calcio e 1,28 g di magnesio per chilogrammo, una durezza di circa 6300 mg/kg come carbonato di calcio, 35 volte la soglia di «molto dura» dell’OMS. Ogni litro può trasformare circa 30 g di sapone di cocco in sapone di magnesio e di calcio. Il sapone marino funziona perché la schiuma sulla pelle tiene molto sapone in pochissima acqua, non perché la chimica lo risparmi.

I vantaggi del cocco portano con sé il suo difetto: il suo sapone deterge in modo aggressivo. La nostra saponetta spa al sale rosa, con il 70 % di olio di cocco, ha per questo uno sconto soda (sovragrassaggio) del 18 %, e una saponetta 100 % cocco del 20 %. Nessuna delle due si risciacqua pulita nell’acqua dura: una saponetta al sale fa patina come qualsiasi altro sapone. La guida alle saponette al sale approfondisce l’equilibrio.

Cosa può fare un chelante nella saponetta

I chelanti come l’EDTA e il citrato di sodio legano calcio e magnesio, e i saponai li aggiungono alle saponette anche per questo. Il problema è l’aritmetica. Un chelante nella saponetta passa nell’acqua solo alla stessa velocità del sapone, e ogni molecola può trattenere al massimo uno ione calcio o magnesio.

Uno ione calcio o magnesio per molecola di chelante. È un tetto: il citrato lega il calcio molto più debolmente dell’EDTA e in pratica ne trattiene meno. I valori del citrato sono per un lotto da 1000 g di oli di circa 1,4–1,5 kg.

Quindi un chelante nella saponetta non può fare niente per il risciacquo. L’EDTA alle dosi delle saponette serve a un altro scopo, legare il ferro e il rame che alimentano l’irrancidimento, di cui si occupa la guida ad antiossidanti e chelanti; Dow elenca anche la schiuma scarsa e il risciacquo difficile tra i problemi che gli ioni metallici causano nelle saponette. Il citrato di sodio è quello che i saponai dosano per la durezza, «more for hard water, less for soft» secondo le parole della guida di un fornitore. Ma il citrato è un chelante debole, e Nouryon, che ne produce uno più forte, riferisce che aggiungere citrato a un sapone liquido in acqua mediamente dura ha dato un «limited benefit» contro la patina. Nella nostra ricerca non è emersa nessuna prova del citrato in una saponetta artigianale in acqua dura.

Quello che funziona agisce sull’acqua o sulla chimica del lavaggio:

1. Acqua più dolce. Un addolcitore a scambio ionico sostituisce calcio e magnesio con sodio, che il sapone tollera. I residui di Danby sono calati nettamente sotto i 25 mg/L.
2. Un risciacquo acido, soprattutto per i capelli, che scioglie il sapone di calcio già depositato.
3. Un detergente diverso. I tensioattivi non ionici non reagiscono con gli ioni della durezza come fanno il sapone e gli altri tensioattivi anionici, osserva Nouryon. Gli anionici non ne sono immuni: il sodio lauril solfato era il tensioattivo misurato da Danby. Se vuoi costruire una saponetta che non sia sapone, il calcolatore syndet fa i conti.

Fare il sapone con l’acqua dura del rubinetto

L’acqua di una ricetta è una questione diversa dall’acqua con cui ti lavi, e lì la durezza è quasi irrilevante. Un sapone all’oliva da 1000 g di oli con una concentrazione della soda del 33 % usa 261,2 g di acqua. A 300 mg/L quell’acqua porta 0,78 mmol di calcio e magnesio, abbastanza da rovinare 0,48 g di sapone in un lotto da 1390 g: lo 0,03 %. Non cambierà la schiuma né la durezza della saponetta. Non è nemmeno la polvere bianca su una saponetta in stagionatura, che è cenere di soda, formata dalla soda e dall’aria.

Due ragioni per usare l’acqua distillata sopravvivono all’aritmetica.

Metalli in tracce. Gli standard secondari della US Environmental Protection Agency, le sue linee guida per le sostanze indesiderate nell’acqua potabile, sono 0,3 mg/L di ferro e 1,0 mg/L di rame. A quei livelli gli stessi 261,2 g di acqua portano 0,08 mg di ferro e 0,26 mg di rame, che mettono nel lotto circa 0,19 ppm di rame. È vicino agli 0,2 ppm che il brevetto per sapone della Lever ha trovato sufficienti a rovinare colore e odore. Sono limiti massimi, non valori tipici: la relazione annuale sulla qualità dell’acqua del tuo gestore riporta i valori reali, e le tubature di rame corrose, come osserva l’EPA, possono aggiungerne altro. Il ferro del rubinetto conta meno: la norma Codex consente a un chilogrammo di olio vergine di portare fino a 5,0 mg di ferro, più di sessanta volte quello che porta l’acqua. I saponai danno spesso la colpa all’acqua del rubinetto per le macchie arancioni. I numeri dicono che può contribuire, attraverso il rame, ma anche gli oli portano metalli propri, e nessuna prova controllata di cui siamo a conoscenza ha confrontato le due fonti.

Sapone trasparente. Nel sapone trasparente la durezza si vede. Simmons e Appleton avvertivano che l’acqua dura «is liable to produce opaque streaks of lime soap», e Failor chiede acqua distillata o dolce nelle sue ricette trasparenti.

I saponieri vogliono acqua dolce per la loro soda da ben più di un secolo: Simmons e Appleton chiedevano un’acqua «free from calcium and magnesium salts». L’acqua distillata costa poco, elimina la variabile e fa comportare una ricetta allo stesso modo in ogni città. Se usi comunque l’acqua del rubinetto, l’EDTA sciolto al suo interno prima che entri la soda legherà i metalli che porta.