Soda caustica o potassa? NaOH, KOH e soda mista nel sapone

L’idrossido di sodio (NaOH, soda caustica) e l’idrossido di potassio (KOH, potassa caustica) fanno lo stesso lavoro nel sapone: ognuno fornisce l’idrossido che scinde un grasso in sapone e glicerina. Cambiano il sapone che ciascuno lascia, quanti grammi ne servono a una ricetta e cosa contengono davvero le scaglie che hai sullo scaffale. Questa guida tratta tutti e tre i punti, poi le ricette a soda mista che li usano entrambi, e l’unico scambio tra i due che può rendere caustica una saponetta.

La stessa reazione, pesi diversi

Una molecola di grasso prende tre idrossidi, qualunque sia l’alcali che li fornisce, quindi i due sono intercambiabili molecola per molecola, non grammo per grammo. Un atomo di potassio pesa più di un atomo di sodio, e con i pesi atomici della IUPAC una mole di KOH pesa 56,106 g contro i 39,997 g dell’NaOH. Quindi 1 g di KOH fa il lavoro di 0,7129 g di NaOH, e 1 g di NaOH quello di 1,4028 g di KOH.

Gli indici di saponificazione sono definiti in idrossido di potassio, come milligrammi di KOH per grammo di grasso (AOCS Cd 3-25), quindi un calcolatore li converte con quello 0,7129 ogni volta che scegli l’idrossido di sodio. Una tabella che riporta per l’olio d’oliva il valore 0,190 ti sta dando il valore per il KOH; quello per l’NaOH è 0,135.

Dal nostro calcolatore, con gli indici di saponificazione rappresentativi di 190 e 256,5 mg KOH/g.

Ne viene un rapido controllo di buon senso. Per un sapone solido con uno sconto soda (sovragrassaggio) del 5 %, l’idrossido di sodio è all’incirca dal 13 % (olio d’oliva) al 17 % (olio di cocco) del peso degli oli. L’idrossido di potassio puro al 90 % è all’incirca dal 20 al 27 %. Un valore di soda fuori dall’intervallo per l’alcali che hai in mano merita una seconda occhiata.

Perché il sodio fa saponette e il potassio sapone liquido

Una saponetta è una massa di cristalli di sapone che trattiene un po’ d’acqua. Che il sapone cristallizzi o resti sciolto a temperatura ambiente è ciò che distingue i due alcali, e le misure classiche, fatte da McBain e Sierichs nel 1948, mostrano lo schema con chiarezza. Nelle loro prove solo una manciata di saponi puri si scioglieva in misura apprezzabile a temperatura ambiente: laurato di potassio, miristato di potassio, oleato di potassio, il sapone di potassio degli acidi misti dell’olio di cocco, e oleato di sodio. Tutti gli altri saponi di sodio o di potassio degli acidi grassi saturi, tra cui laurato di sodio e stearato di sodio, avevano bisogno di calore per andare in soluzione.

Così un sapone di sodio di cocco, palma o sego si rapprende in una saponetta soda e cristallina. Fatti con l’idrossido di potassio, i saponi laurici e oleici dell’olio di cocco e dell’olio d’oliva restano in soluzione come una pasta traslucida, che è esattamente ciò che si vuole per il sapone liquido: la pasta si diluisce con l’acqua fino a diventare versabile, e il nostro calcolatore di diluizione calcola quanta acqua serve. I saponi molli della tradizione, come il savon noir fatto con olio d’oliva e potassa, sono la stessa chimica fermata prima della diluizione.

L’oleato di sodio è l’eccezione dal lato del sodio, e spiega il sapone di Castiglia. Una saponetta di puro olio d’oliva è per lo più oleato di sodio, abbastanza solubile da far restare morbida la saponetta giovane per settimane e da renderla scivolosa nell’uso.

La purezza: cosa contengono le scaglie sul tuo scaffale

L’idrossido di sodio esce dalla fabbrica quasi puro. Il certificato di un produttore per un sacco di perle di soda caustica, che Dunn ha mostrato ai saponai, riporta 99,9 % di NaOH, e il calcolatore presume il 100 % se non lo cambi; il suo suggerimento indica dal 98 al 100 % per i gradi alimentare e tecnico.

L’idrossido di potassio no. La valutazione dell’OCSE indica il solido industriale come KOH al 91 % circa e acqua all’8 % circa, e le pastiglie di grado reagente sono garantite solo all’85 % di KOH, con fino al 2 % di carbonato di potassio. Il calcolatore presume il 90 % e ti avvisa se lo imposti al 99,5 % o più.

Sbagliare la purezza conta di più quando lo sconto soda è piccolo, e il sapone liquido si fa con lo 0-3 %. Un KOH che in realtà è puro al 95 % ma inserito come 90 % ti dà il 5,6 % di KOH in più di quanto serve alla ricetta, abbastanza da spingere sotto lo zero un sapone liquido fatto con lo 0-3 %. Inserisci scaglie al 90 % come 100 % e resti corto del 10 %, il che lascia una pasta torbida e unta. Usa la purezza indicata sull’etichetta del fornitore o sul certificato di analisi, e misurala se non hai né l’una né l’altro (vedi più avanti).

Soda mista

Una ricetta a soda mista fa una parte della saponificazione con l’idrossido di potassio e il resto con l’idrossido di sodio. Scegli Mista nel calcolatore e compare la casella Quota di KOH. È la quota della saponificazione svolta dal potassio, non una quota del peso, e poiché il KOH è la molecola più pesante, e si vende meno puro, la sua quota sul peso è sempre più grande. I risultati indicano entrambe.

Prendi la nostra ricetta del sapone da barba: 40 % di acido stearico, 25 % di olio di cocco, 20 % di olio d’oliva, 10 % di olio di ricino e 5 % di burro di karité, con uno sconto soda del 4 % e il 40 % della saponificazione svolto dal potassio. Per 500 g di oli sono 43,7 g di idrossido di sodio e 45,4 g di idrossido di potassio al 90 %. Il potassio fa due quinti del lavoro e costituisce il 51 % della soda che pesi.

Quanto potassio usare dipende da cosa vuoi ottenere:

• Saponette, intorno al 5 %. Un po’ di potassio fa sciogliere la saponetta e fare schiuma più facilmente, soprattutto nei saponi ricchi di acido stearico e palmitico. Classic Bells riporta il suggerimento di Watson del 5 % per il sapone di Castiglia, per ridurre la viscidità filante per cui è noto il sapone di puro olio d’oliva. Per 1000 g di olio d’oliva con il 5 % di sconto soda, una quota del 5 % significa 122,2 g di idrossido di sodio e 10,0 g di idrossido di potassio.
• Sapone da barba, di più. La stessa solubilità e la stessa schiuma contano ancora di più in un sapone da barba solido ricco di stearico. I saponi da barba di Thomssen del 1922 vanno da circa il 25 % al 45 %; il nostro usa il 40 %, e il nostro sapone da barba allo stearico arriva al 50 % perché un pennello umido si carichi in fretta. La guida al sapone da barba approfondisce le proporzioni.
• Sapone in crema, soprattutto potassio. Il Basic Cream Soap di Fisher risulta per circa tre quarti potassio, in termini di saponificazione, con uno sconto soda intorno al 5 %, e le creme da barba pubblicate stanno nella stessa zona. La nostra ricetta del sapone in crema parte dal 75 %; è la quota di KOH a stabilire quanto resta morbida una crema, quindi alzala per una crema più morbida o abbassala per una più soda, e la guida al sapone in crema va oltre.

Se lavori con una soluzione madre, il calcolatore tiene separati i due: la soluzione madre contiene l’idrossido di sodio, e l’idrossido di potassio si pesa solido.

Lo scambio che rende caustica una saponetta

Il calcolatore ricorda l’ultima soda che hai scelto, nel suo stato salvato e in ogni link che copi. Fai sapone liquido una sera, inserisci una ricetta per saponette la sera dopo senza tornare all’idrossido di sodio, e il valore sullo schermo è un valore per l’idrossido di potassio. Pesa idrossido di sodio secondo quel valore e la saponetta avrà un grave eccesso di soda.

Per 1000 g di olio d’oliva con uno sconto soda del 5 %, il calcolatore in modalità KOH chiede 200,6 g. Pesati come idrossido di sodio al posto dei 128,7 g di cui ha bisogno la saponetta, sono circa la metà di soda in più di quanta gli oli ne possano usare: uno sconto soda del −48 %. Lo stesso errore succede con una tabella di saponificazione per il KOH letta come se fosse per l’NaOH, e con due barattoli senza etichetta di scaglie bianche; Faiola mette in guardia proprio dal comprare l’uno quando intendevi l’altro.

L’errore opposto è solo uno spreco. Pesa 128,7 g di idrossido di potassio al 90 % partendo da un valore per l’idrossido di sodio, per un sapone liquido, e lo sconto soda è di circa il 39 %: una pasta unta che non si diluisce limpida, ma non caustica.

La soda assorbe acqua e anidride carbonica

Entrambi gli idrossidi sottraggono acqua all’aria. La scheda internazionale di sicurezza chimica descrive l’idrossido di sodio come igroscopico, e le valutazioni dell’OCSE definiscono sia lui sia l’idrossido di potassio deliquescenti, capaci cioè di assorbire abbastanza acqua da sciogliervisi; per l’idrossido di potassio l’OCSE aggiunge che assorbe facilmente anche l’anidride carbonica.

L’acqua assorbita rende più debole ogni grammo che pesi. Dunn ha simulato una soda caustica scesa al 95, 90, 85 e 80 % di purezza e ha trovato che i saponi venivano più morbidi: con poca soda e innocui, ma non la saponetta che avevi progettato. L’anidride carbonica è peggio, perché trasforma l’idrossido in carbonato, e non c’è un modo semplice per toglierlo. Il controllo di Dunn per l’idrossido di sodio è preparare una soluzione al 50 %: il carbonato di sodio non si scioglie nella soda concentrata, quindi una partita contaminata mostra puntini bianchi che galleggiano in superficie. Qualcuno è inevitabile; tanti significano che la soda non è adatta al sapone.

Conserva entrambi gli alcali in contenitori ermetici e chiudili subito dopo aver pesato. Se un contenitore è rimasto aperto o il contenuto ha fatto grumi, misura la purezza o sostituiscilo.

Misurare la purezza in casa

Il metodo di Dunn richiede una bilancia con precisione di 0,01 g, acido citrico anidro e fenolftaleina, e gli stessi occhiali e guanti di qualsiasi altro lavoro con la soda. Sciogli circa 10 g di acido citrico, pesati con esattezza, in 500 mL di acqua distillata con tre gocce di fenolftaleina all’1 %. Aggiungi la soda poco alla volta, mescolando finché ogni aggiunta non si scioglie; la soluzione si colora di rosa per un attimo e torna limpida man mano che l’acido la neutralizza. Quando un rosa tenue dura per un minuto, hai aggiunto la soda che basta a neutralizzare l’acido. Poi:

• % NaOH = 62,46 × acido citrico (g) ÷ soda caustica aggiunta (g)
• % KOH = 87,61 × acido citrico (g) ÷ potassa caustica aggiunta (g)

Inserisci il risultato come purezza nel calcolatore, che divide per essa la quantità pura necessaria, come raccomanda Dunn.

Calore e manipolazione

L’idrossido di potassio sviluppa più calore mentre si scioglie: 57,61 kJ a mole per il solido puro contro i 44,51 kJ dell’idrossido di sodio (CRC Handbook), quindi lo stesso potere saponificante sotto forma di KOH libera circa il 30 % di calore in più. Fisher nota che una soluzione di KOH reagisce in modo più vivace e nella brocca può sembrare che stia bollendo. Entrambi gli alcali sono corrosivi per la pelle e gli occhi, e tutto ciò che dice la guida alla sicurezza con la soda vale per ciascuno. Il lato acqua della soluzione, compreso quanto concentrata puoi farla, è nella guida all’acqua.