Natriumhydroxide

Wat het is en wat het doet

Natriumhydroxide (NaOH), verkocht als loog of caustische soda, is een witte vaste stof en een van de sterkste gangbare basen. Bij het zeepmaken levert het de hydroxide-ionen die elk vetmolecuul splitsen in drie moleculen zeep en één molecuul glycerine. Het natrium blijft bij de zeep, en natriumzepen zorgen ervoor dat een stuk zeep hard wordt.

De reactie verloopt in vaste verhoudingen, en daarom wordt loog tot op de gram afgewogen. Het verzepingsgetal van een olie zegt hoeveel base ze nodig heeft. Die getallen worden gepubliceerd in milligram kaliumhydroxide per gram vet, dus de calculator rekent ze om naar natriumhydroxide met de verhouding van de twee molaire massa's, 39,997 tot 56,106.

Zeepmakers wegen iets minder loog af dan de oliën zouden kunnen opnemen. Die marge is de overvetting, of loogkorting, en ze maakt de loog het ingrediënt dat als eerste op is. Bij de standaardinstelling van de calculator, 5 %, heeft 1000 g olijfolie 128,7 g natriumhydroxide nodig: genoeg voor 95 % van de olie, en de rest blijft als olie in de zeep. Als de reactie voorbij is, blijft er geen loog zonder partner over, en wat overblijft is zeep, glycerine, de overvetting en wat water.

De reactie gaat eerst snel en aan het eind langzaam. In de onderzoeken van Kevin Dunn, waarin de zeep de eerste vier uur warm werd gehouden, was het grootste deel binnen een dag voorbij, en de meeste van zijn gerijpte stukken zeep bevatten bij titratie helemaal geen vrij alkali. Daarom pak je verse zeep de eerste dagen met handschoenen aan, en een gerijpt, correct berekend stuk zeep niet.

Vormen, kwaliteiten en zuiverheid

De vaste stof is te koop als schilfers, als kleine ronde bolletjes (verkocht als parels of microparels) en als korrels. NIOSH beschrijft het als schilfers, bolletjes of korrels, en de EU-specificatie voor het levensmiddelenadditief noemt daarnaast pellets, staafjes en gesmolten massa's. De vorm verandert hoe het schenkt, en niets aan wat het doet. Welke vorm ook, weeg het af: de loog in een recept is een gewicht, nooit een volume.

Natriumhydroxide van levensmiddelenkwaliteit, het additief E 524, moet volgens de EU-specificatie in Verordening (EU) nr. 231/2012 ten minste 98,0 % alkali bevatten, berekend als NaOH, en mag niet meer dan 0,5 % natriumcarbonaat bevatten. De toelichting in de calculator noemt 98 tot 100 % voor levensmiddelen- en technische kwaliteit, en op een fabriekscertificaat dat Dunn aan zeepmakers liet zien, stond 99,9 %.

Daarom gaat de calculator uit van 100 %, en daarom is die aanname veilig. Is je loog in werkelijkheid 98 % en laat je de instelling op 100 % staan, dan komt ons alledaagse stuk zeep uit op 6,9 % overvetting in plaats van 5 %: iets zachter en milder, nooit bijtend. De fout die je moet vermijden, is de omgekeerde: een lagere zuiverheid invullen dan de loog werkelijk heeft, want dan laat de calculator je meer afwegen. Verander de instelling alleen als een etiket, een analysecertificaat of je eigen titratie je een getal geeft.

Ontstopper is alleen bruikbaar als op het etiket 100 % natriumhydroxide of 100 % loog staat, en verder niets, zoals Anne Watson het zegt. Veel ontstoppers zijn mengsels. Anne-Marie Faiola waarschuwt dat sommige korrelvormige ontstoppers stukjes aluminium bevatten, dat door loog wordt aangetast, waarbij waterstof vrijkomt, een brandbaar gas; andere bevatten ingrediënten die, in de woorden van Alicia Grosso, helemaal niet geschikt zijn om zeep mee te maken. Een mengsel brengt zijn andere chemicaliën mee in de zeep en kan in de kan reageren op manieren die gewone loog niet doet, dus gebruik het nooit. Gewoon natriumhydroxide is wit of bijna wit; zitten er spikkels in, heeft het een tint of zit er iets metaligs in de pot, dan gaat het terug.

Oplossen

Voeg de loog altijd langzaam aan het water toe, nooit het water aan de loog; de International Chemical Safety Card zegt hetzelfde. Bij het oplossen van natriumhydroxide komt 44,51 kJ per mol vrij, ongeveer 1,1 kJ per gram, en de oplossing neemt die warmte volledig op. Verse loogoplossing komt binnen enkele ogenblikken boven 90 °C: David Fisher, Catherine Failor en Anne-Marie Faiola noemen elk ongeveer 93 °C (200 °F). Water dat op een hoopje loog wordt gegoten, treft veel meer loog dan het de warmte van kan afvoeren, dus het kookt waar het neerkomt en spat.

Begin met koud water. Grosso waarschuwt dat loog die je aan een hete vloeistof toevoegt, die vloeistof ‘in een mum van tijd gevaarlijk dicht bij of boven het kookpunt’ brengt, en NIOSH merkt op dat de warmte genoeg kan zijn om brandbaar materiaal in de buurt te ontsteken. De eerste minuut geeft de kan damp af met een fijne nevel van loog erin. Susan Miller Cavitch vond de dampen na ongeveer tien seconden overweldigend en ging twee of drie minuten de kamer uit; je gezicht afwenden en werken bij een open raam of onder een afzuigkap doet hetzelfde. Er is heel weinig van die nevel nodig om schade te doen: de Amerikaanse grenswaarde op de werkplek is 2 mg natriumhydroxide per kubieke meter lucht.

IJs en bevroren vloeistoffen houden de warmte laag. Een van Faiola's manieren om loog te koelen is ijsblokjes af te wegen als de vloeistof van het recept en de loog daarop op te lossen. Melk, thee en andere vloeistoffen met suikers of eiwitten verschroeien in hete loog, dus Grosso en Faiola vriezen ze tot een halfbevroren brij en strooien de loog er lepel voor lepel in. Wat bevroren is, telt als het water van het recept. IJs dat je in een kant-en-klare oplossing gooit, is extra water waar het recept niet om vroeg; om een kan te koelen zet je hem in een bak met koud water of ijswater, zoals Watson doet.

Loog tast aluminium, tin, lood en zink aan, waarbij waterstof vrijkomt, en het handboek van OxyChem voegt daar koper en zijn legeringen, messing en brons, aan toe. Dus geen aluminium pannen of folie, geen gegalvaniseerde emmers en geen messing lepels. Roestvrij staal is het metaal om te gebruiken: OxyChem keurt roestvrij staal 304L en 316L goed voor caustische soda tot 200 °F (93 °C).

Van de kunststoffen is polypropeen (PP, recyclingcode 5) de kan om in te mengen: een fabrikant van laboratoriummateriaal beoordeelt het als uitstekend bestand tegen 50 % natriumhydroxide en bruikbaar tot 135 °C. Polyetheen met hoge dichtheid (HDPE, code 2) is even goed bestand tegen loog, maar heeft een warmtevervormingstemperatuur van 65 °C, dus het past beter bij droge loog en afgekoelde oplossing dan bij een verse, hete. Polycarbonaat en PETG, de heldere ‘onbreekbare’ kunststoffen, worden door sterke loog meteen aangetast, en een drankfles is nooit een loogfles.

Over hittebestendig glas zijn de boeken het oneens. Cavitch mengde haar loog in hittebestendig glas, Watson staat ovenvast glas toe en Fisher een stevige glazen kan, terwijl Grosso het niet meer aanraadt omdat hittebestendige maatbekers zijn gesprongen, en onze handleiding over loogveiligheid noemt glas iets wat je beter kunt vermijden. Beide kanten hebben een punt. Borosilicaatglas verdraagt bijtende oplossingen tot 30 % bij kamertemperatuur zonder problemen, zegt de fabrikant, maar de aantasting neemt toe met de temperatuur, en verse loogoplossing is zowel sterker als veel heter dan dat. Hete base etst glas langzaam, en een hete glazen kan die je in koud water zet om af te koelen, kan barsten. Polypropeen heeft geen van beide problemen.

Concentratie en het benodigde water

Water neemt niet deel aan de reactie. Het lost de loog op en brengt die naar de oliën, en het meeste ervan verlaat het stuk zeep tijdens het rijpen. Hoeveel je gebruikt, is een keuze. In de calculator kun je het opgeven als loogconcentratie (het aandeel van de loog in de loogoplossing), als water-loogverhouding of als water als percentage van de oliën, en hij toont alle drie tegelijk. Hij begint bij een oplossing van 33 % en markeert alles boven 40 % als sterk en onder 25 % als verdund. De handleiding over water behandelt wat elke stap doet met trace, stevigheid, rijping en soda-aanslag.

De ondergrens hangt af van hoeveel loog water kan opnemen. Natriumhydroxide is bij 20 °C verzadigd bij ongeveer 52 gewichtsprocent, zo'n 108 g in 100 g water (OECD). Met minder water dan dat kan een deel van de loog niet oplossen en belandt het als bijtende korrels in de zeep, en de calculator waarschuwt zodra het water dat met de loog wordt afgewogen minder is dan het gewicht van de loog gedeeld door 1,08. In de praktijk is een oplossing van 50 %, gelijke gewichten loog en water, het sterkste waar iemand naartoe zou moeten gaan, en die begint onder ongeveer 12 °C te kristalliseren (OxyChem). Een masterbatch die in een koude ruimte staat, kan kristallen afzetten, en de vloeistof daarboven is dan zwakker dan op het etiket staat.

Een sterkere oplossing wordt heter bij het oplossen en verbrandt, zoals Grosso opmerkt, de huid sneller. Melk en andere vloeistoffen tellen alleen mee voor het water dat ze bevatten, en een vloeistof die je tot de trace achterhoudt, laat de loog opgelost in minder water dan het getal in het recept doet vermoeden. De calculator toont de concentratie zoals je die mengt en waarschuwt als die over de grens gaat.

Bewaren, en herkennen wanneer het niet meer goed is

Bewaar natriumhydroxide in de oorspronkelijke verpakking, met etiket, en draai het deksel tussen het scheppen door dicht. De chemische veiligheidskaart vraagt om het droog en goed gesloten te bewaren, gescheiden van voedsel, sterke zuren en metalen. Bewaar het buiten bereik van kinderen en huisdieren en apart van kaliumhydroxide, en doe het nooit over in een voedselbakje of een drankfles.

Loog trekt water uit de lucht, en neemt ook koolstofdioxide op, waardoor een deel ervan verandert in natriumcarbonaat; de EU-specificatie voor het levensmiddelenadditief beschrijft die reactie uitdrukkelijk. Beide zorgen voor minder hydroxide in elke gram die je afweegt. Het water alleen maakt de zeep al loogarm en zachter, zoals Dunn vond toen hij caustische soda simuleerde die was teruggelopen tot 95, 90, 85 en 80 % zuiverheid. Carbonaat is er niet meer uit te halen, en het gaat met de loog mee de batch in. Zeepfabrieken voegden vroeger met opzet carbonaat toe om goedkope zeep steviger te maken, en Simmons en Appleton waarschuwden dat te veel ervan de zeep bros maakte en wit deed uitslaan aan het oppervlak. Het witte laagje op een vers zeepblok, soda-aanslag, ontstaat meestal op een andere manier, doordat niet-gereageerde loog aan het oppervlak met de lucht in contact komt, en de handleiding over soda-aanslag gaat daarover.

Verse loog schenkt als losse, droge bolletjes of schilfers. Loog die water heeft opgenomen, klontert en koekt aan; Cavitch, die in het vochtige Memphis zeep maakte, kocht de hare in kleine verpakkingen, zodat ze nooit een afgemeten hoeveelheid uit een vaste klomp hoefde te hakken. Carbonaat is moeilijker te zien. Dunns controle is een monster oplossen tot een oplossing van 50 %, met spatbril en handschoenen op: natriumcarbonaat lost niet op in sterke loog, dus verontreinigde loog laat witte spikkels zien die op het oppervlak drijven. Een paar zijn onvermijdelijk; veel betekent dat de loog ongeschikt is voor zeep. Heeft een pot open gestaan of is de inhoud aangekoekt, meet dan de zuiverheid met de citroenzuurtitratie in de handleiding over NaOH en KOH, of vervang de pot.

Kopen, en de wet

Koop het met een etiket waarop natriumhydroxide staat, als schilfers of bolletjes, bij een leverancier van zeepmaakbenodigdheden of chemicaliën, of in levensmiddelen- of technische kwaliteit. Bij vervoer is het een gevaarlijke stof, UN 1823, klasse 8 (bijtend), verpakkingsgroep II, en die indeling bepaalt hoe het verpakt en verzonden mag worden.

In de EU draagt een pot die aan het publiek wordt verkocht het CLP-etiket: het corrosiepictogram, het woord ‘Gevaar’, H314 en voorzorgsmaatregelen. Omdat het huidcorrosief is van categorie 1, moet de verpakking ook een kindveilige sluiting hebben en een voelbare gevarenaanduiding voor slechtzienden (CLP-bijlage II, punten 3.1 en 3.2).

In Engeland, Wales en Schotland is natriumhydroxide boven 12 gewichtsprocent sinds 6 april 2022 een ‘corrosive product’ volgens de Offensive Weapons Act 2019. Het is strafbaar om het te verkopen aan iemand onder de 18, en een verkoper die het op afstand verkoopt, online of telefonisch, pleegt een strafbaar feit door het te bezorgen, of de bezorging te regelen, op een woonadres of bij een pakketkluis. Een verkoper daar mag het niet legaal naar een huisadres sturen.

In de Verenigde Staten moeten huishoudproducten met 10 % of meer vrij natriumhydroxide het signaalwoord ‘POISON’ dragen, een regel die teruggaat op de Federal Caustic Poison Act, en droge huishoudproducten van die sterkte moeten een kindveilige verpakking hebben (16 CFR 1500.129, 1700.14). Andere landen hebben hun eigen regels. Koop bij een leverancier die het legaal naar je kan sturen, en bewaar het etiket en het veiligheidsinformatieblad.

Morsen en afvoeren

Veeg droge bolletjes met stoffer en blik op, met handschoenen aan, in een droge kunststof bak met deksel, zoals de chemische veiligheidskaart adviseert, en neem de plek daarna af met veel water. Bolletjes stuiteren en blijven door statische elektriciteit kleven, dus controleer de vloer, de weegschaal en je mouwen voordat de handschoenen uitgaan.

Neem gemorste oplossing op met keukenpapier, gooi dat weg en neem het oppervlak af met veel water. Neutraliseren is hoe de industrie een opruimactie afsluit, niet hoe ze die begint: OxyChem verzamelt eerst het gemorste materiaal, neutraliseert alleen de resten met verdund zuur en spoelt de plek daarna met water, en het handboek waarschuwt dat bijtende oplossingen bij het neutraliseren flink wat warmte afgeven. Thuis betekent dat: een doekje met verdunde azijn over een hard oppervlak nadat de loog weg is, en nooit azijn gieten op een plas hete oplossing.

De makkelijkste loog om af te voeren is de loog die je nooit hebt gemengd, dus maak alleen wat het recept nodig heeft. Overgebleven oplossing blijft goed voor de volgende batch in een goed gesloten fles van polypropeen of HDPE, met een etiket waarop staat dat het loog is, met de sterkte en de datum; de masterbatchinstelling van de calculator weegt die af. Oplossing die je niet gaat gebruiken en droge loog die je niet meer wilt, gaan naar de inzameling van klein gevaarlijk afval, niet door de gootsteen en niet in de vuilnisbak: waterbedrijven vragen om chemicaliën daar in te leveren, en sommige milieustraten nemen ze alleen aan in de oorspronkelijke verpakking met etiket, dus vraag het na voordat je een pot zelfgemaakte oplossing komt brengen. Rauw zeepbeslag is nog bijtend en kan in de afvoer hard worden (Grosso), dus schraap het liever in een reservemal of in de vuilnisbak.

Natriumhydroxide of kaliumhydroxide

Beide basen doen hetzelfde werk, molecuul voor molecuul. Het verschil zit in de zeep die ze achterlaten. Natriumzepen van de verzadigde vetzuren kristalliseren bij kamertemperatuur en worden vaste stukken zeep; hun kaliumvarianten blijven opgelost, en daarom maakt kaliumhydroxide vloeibare en zachte zeep (McBain en Sierichs, 1948). Een recept met NaOH en KOH samen doet een deel van de verzeping met elk van beide: een klein kaliumaandeel voor een stuk zeep dat makkelijker schuimt, een groter voor scheerzeep, en vooral kalium voor crèmezeep.

Ze zien er bijna hetzelfde uit en zijn niet uitwisselbaar op gewicht: 56,1 g kaliumhydroxide doet wat 40,0 g natriumhydroxide doet. Weeg je natriumhydroxide af volgens een getal voor kaliumhydroxide, dan krijgt een stuk zeep ongeveer de helft meer loog dan de oliën kunnen gebruiken. Voor 1000 g olijfolie is dat 200,6 g in plaats van 128,7 g, een overvetting van ongeveer −48 %, en een bijtend stuk zeep. Zet een etiket op beide potten, houd ze apart en lees in de calculator de naam van de loog boven het getal voordat je afweegt.

Veelgemaakte fouten en mythes

‘Handgemaakte zeep bevat nog loog.’ Een correct berekend en gemaakt stuk zeep bevat er niets meer van: de loog wordt afgewogen op minder dan de oliën zouden kunnen opnemen en wordt in de reactie verbruikt, zoals Dunns titraties van gerijpte stukken zeep laten zien. Elke echte zeep wordt met loog gemaakt, gietzeepbasis inbegrepen; de vraag is of er iets van over is. Normen voor zeep meten precies dat. De Oost-Afrikaanse norm voor toiletzeep bijvoorbeeld staat ten hoogste 0,1 % vrij bijtend alkali toe en stelt geen pH-grens, omdat elke echte zeep basisch meet, ongeveer pH 9 tot 10.

‘Houd het even tegen je tong.’ De tongtest (zap test) stopt een mogelijk bijtend stuk zeep in je mond, vangt alleen een grove overmaat op en kan voor de gek worden gehouden door geuren zoals kaneel en kruidnagel, die dezelfde receptor voor een branderig gevoel prikkelen. Fenolftaleïne, een gekalibreerde pH-meter of een titratie in het laboratorium beantwoorden de vraag zonder dat risico; de handleiding over de pH van zeep legt uit hoe je elk ervan afleest.

De fouten die echt schade doen, zijn weinig en bekend: water op loog gieten; een kan oplossing onbeheerd of zonder etiket laten staan; aluminium in de buurt; oude, aangekoekte loog afwegen alsof die vers is; de verkeerde base kiezen in de calculator; een lagere zuiverheid invullen dan de loog werkelijk heeft; en azijn op een brandwond in plaats van stromend water.