NaOH en KOH in zeep: natriumhydroxide, kaliumhydroxide en beide samen

Natriumhydroxide (NaOH, caustische soda) en kaliumhydroxide (KOH, kaliloog) doen bij het zeepmaken hetzelfde werk: elk levert het hydroxide dat een vet splitst in zeep en glycerine. Wat verschilt, is de zeep die elk achterlaat, hoeveel gram een recept nodig heeft en wat de schilfers op je plank werkelijk bevatten. Deze handleiding behandelt alle drie, daarna recepten die NaOH en KOH samen gebruiken, en de ene verwisseling tussen de twee die een stuk zeep bijtend kan maken.

Dezelfde reactie, verschillende gewichten

Een vetmolecuul neemt drie hydroxiden op, welke loog ze ook levert, dus de twee zijn uitwisselbaar molecuul voor molecuul, niet gram voor gram. Een kaliumatoom is zwaarder dan een natriumatoom, en met de atoomgewichten van de IUPAC weegt een mol KOH 56,106 g tegen 39,997 g voor NaOH. Dus 1 g KOH doet het werk van 0,7129 g NaOH, en 1 g NaOH het werk van 1,4028 g KOH.

Verzepingsgetallen zijn gedefinieerd in kaliumhydroxide, als milligram KOH per gram vet (AOCS Cd 3-25), dus een calculator rekent ze om met die 0,7129 zodra je natriumhydroxide kiest. Een tabel die voor olijfolie 0,190 opgeeft, geeft je het KOH-getal; het NaOH-getal is 0,135.

Uit onze calculator, met de representatieve verzepingsgetallen 190 en 256,5 mg KOH/g.

Dat geeft een snelle controle. Voor vaste zeep met 5 % overvetting komt natriumhydroxide uit op ruwweg 13 % (olijfolie) tot 17 % (kokosolie) van het oliegewicht. Kaliumhydroxide van 90 % zuiverheid komt uit op ruwweg 20 tot 27 %. Een looggetal buiten het bereik voor de loog die je in handen hebt, verdient een tweede blik.

Waarom natrium vaste zeep geeft en kalium vloeibare zeep

Een stuk zeep is een massa zeepkristallen die wat water vasthoudt. Of de zeep bij kamertemperatuur kristalliseert of opgelost blijft, is wat de twee logen van elkaar scheidt, en de klassieke metingen van McBain en Sierichs uit 1948 laten het patroon duidelijk zien. In hun proeven losten maar een handvol zuivere zepen bij kamertemperatuur in noemenswaardige mate op: kaliumlauraat, kaliummyristaat, kaliumoleaat, de kaliumzeep van de gemengde zuren van kokosolie, en natriumoleaat. Elke andere natrium- of kaliumzeep van de verzadigde vetzuren, waaronder natriumlauraat en natriumstearaat, had warmte nodig om op te lossen.

Een natriumzeep van kokosolie, palmolie of talg hardt dus uit tot een stevig, kristallijn stuk zeep. Gemaakt met kaliumhydroxide blijven de laurinezuur- en oliezuurzepen van kokos- en olijfolie opgelost als een doorschijnende pasta, en dat is precies wat een maker wil voor vloeibare zeep: de pasta laat zich met water verdunnen tot iets dat je kunt schenken, en onze verdunningscalculator rekent uit hoeveel water. De zachte zepen uit de geschiedenis, zoals savon noir van olijfolie en potas, zijn dezelfde chemie, gestopt voor het verdunnen.

Natriumoleaat is de uitzondering aan de natriumkant, en het verklaart castillezeep. Een stuk zeep van zuivere olijfolie bestaat grotendeels uit natriumoleaat, dat zo goed oplosbaar is dat het jonge stuk wekenlang zacht blijft en bij gebruik glibberig wordt.

Zuiverheid: wat de schilfers op je plank bevatten

Natriumhydroxide verlaat de fabriek bijna zuiver. Een certificaat van een fabrikant voor een zak parels caustische soda, dat Dunn aan zeepmakers liet zien, vermeldt 99,9 % NaOH, en de calculator gaat uit van 100 % tenzij je dat verandert; zijn hint noemt 98 tot 100 % voor levensmiddelen- en technische kwaliteit.

Kaliumhydroxide niet. De beoordeling van de OESO geeft de industriële vaste stof op als ongeveer 91 % KOH en ongeveer 8 % water, en pellets van reagenskwaliteit zijn alleen gegarandeerd tot 85 % KOH, met tot 2 % kaliumcarbonaat. De calculator gaat uit van 90 % en waarschuwt je als je 99,5 % of meer instelt.

Een verkeerde zuiverheid weegt het zwaarst als de overvetting klein is, en vloeibare zeep wordt gemaakt met 0 tot 3 %. KOH die eigenlijk 95 % zuiver is maar als 90 % is ingevoerd, geeft je 5,6 % meer KOH dan het recept nodig heeft, genoeg om een vloeibare zeep die met 0 tot 3 % is gemaakt onder nul te duwen. Voer schilfers van 90 % in als 100 % en je komt 10 % tekort, wat een troebele, vette pasta oplevert. Gebruik de zuiverheid op het etiket of het analysecertificaat van je leverancier, en meet haar als je geen van beide hebt (zie hieronder).

NaOH en KOH samen

Een recept met NaOH en KOH samen doet een deel van de verzeping met kaliumhydroxide en de rest met natriumhydroxide. Kies Beide in de calculator en er verschijnt een vak Aandeel KOH. Dat is het aandeel van de verzeping dat kalium doet, geen aandeel van het gewicht, en omdat KOH het zwaardere molecuul is en minder zuiver wordt verkocht, is zijn aandeel in het gewicht altijd groter. De resultaten noemen beide.

Neem ons recept voor scheerzeep: 40 % stearinezuur, 25 % kokosolie, 20 % olijfolie, 10 % ricinusolie en 5 % sheaboter, met 4 % overvetting, waarbij kalium 40 % van de verzeping doet. Voor 500 g oliën is dat 43,7 g natriumhydroxide en 45,4 g kaliumhydroxide van 90 %. Kalium doet twee vijfde van het werk en maakt 51 % uit van de loog die je afweegt.

Hoeveel kalium je gebruikt, hangt af van wat je ervan wilt:

• Vaste zeep, rond 5 %. Een beetje kalium laat een stuk zeep makkelijker oplossen en schuimen, vooral zepen die rijk zijn aan stearinezuur en palmitinezuur. Classic Bells geeft de suggestie van Watson door om voor castillezeep 5 % te nemen, om het draderige slijm te verminderen waar zuivere olijfoliezeep om bekendstaat. Voor 1000 g olijfolie met 5 % overvetting is een aandeel van 5 % gelijk aan 122,2 g natriumhydroxide en 10,0 g kaliumhydroxide.
• Scheerzeep, meer. Dezelfde oplosbaarheid en hetzelfde schuim tellen nog zwaarder in een scheerzeep die rijk is aan stearinezuur. De scheerzepen van Thomssen uit 1922 lopen van ongeveer 25 % tot 45 %; de onze gebruikt 40 %, en onze scheerzeep met stearinezuur gaat naar 50 % zodat een vochtige kwast snel zeep opneemt. De handleiding over scheerzeep gaat in op de verhoudingen.
• Crèmezeep, vooral kalium. Het basisrecept voor crèmezeep van Fisher komt, gerekend naar verzeping, uit op ongeveer drie kwart kalium, bij ongeveer 5 % overvetting, en gepubliceerde scheercrèmes zitten in hetzelfde gebied. Ons recept voor crèmezeep begint bij 75 %; het aandeel KOH bepaalt hoe zacht een crème blijft, dus verhoog het voor een zachtere en verlaag het voor een stevigere, en de handleiding over crèmezeep gaat verder.

Met een masterbatch houdt de calculator de twee gescheiden: de voorraadoplossing bevat het natriumhydroxide, en het kaliumhydroxide wordt droog afgewogen.

De verwisseling die een stuk zeep bijtend maakt

De calculator onthoudt je laatste keuze van loog, in zijn opgeslagen toestand en in elke link die je kopieert. Maak op een avond vloeibare zeep, typ de volgende dag een recept voor vaste zeep in zonder terug te schakelen naar natriumhydroxide, en het getal op het scherm is een getal voor kaliumhydroxide. Weeg daar natriumhydroxide op af en het stuk zeep bevat flink te veel loog.

Voor 1000 g olijfolie met 5 % overvetting vraagt de calculator in KOH-modus 200,6 g. Afgewogen als natriumhydroxide in plaats van de 128,7 g die het stuk zeep nodig heeft, is dat ongeveer de helft meer loog dan de oliën kunnen gebruiken: een overvetting van −48 %. Dezelfde fout gebeurt met een verzepingstabel voor KOH die wordt gelezen alsof hij voor NaOH is, en met twee bakjes witte schilfers zonder etiket; Faiola waarschuwt er uitdrukkelijk voor het ene te kopen als je het andere bedoelde.

De omgekeerde fout is alleen verspilling. Weeg voor een vloeibare zeep 128,7 g kaliumhydroxide van 90 % af volgens een getal voor natriumhydroxide en de overvetting is ongeveer 39 %: een vette pasta die niet helder verdunt, maar geen bijtende.

Loog neemt water en koolstofdioxide op

Beide hydroxiden trekken water uit de lucht. De chemische veiligheidskaart beschrijft natriumhydroxide als hygroscopisch, en de beoordelingen van de OESO noemen zowel natriumhydroxide als kaliumhydroxide vervloeiend: ze kunnen genoeg water opnemen om erin op te lossen. Voor kaliumhydroxide voegt de OESO eraan toe dat het ook gemakkelijk koolstofdioxide opneemt.

Opgenomen water maakt elke gram die je afweegt zwakker. Dunn simuleerde caustische soda die was teruggezakt naar 95, 90, 85 en 80 % zuiverheid, en vond dat de zepen zachter uitvielen: te weinig loog en onschadelijk, maar niet het stuk zeep dat je had ontworpen. Koolstofdioxide is erger, want het maakt van hydroxide carbonaat, en er is geen eenvoudige manier om dat er weer uit te krijgen. De controle van Dunn voor natriumhydroxide is een oplossing van 50 % maken: natriumcarbonaat lost niet op in sterke loog, dus een verontreinigde partij laat witte spikkels zien die op het oppervlak drijven. Een paar zijn onvermijdelijk; veel betekent dat de loog ongeschikt is voor zeep.

Bewaar beide logen in luchtdichte bakken en sluit ze direct na het afwegen. Heeft een bak open gestaan of is de inhoud gaan klonteren, meet dan de zuiverheid of vervang de loog.

Zuiverheid thuis meten

De methode van Dunn vraagt een weegschaal die tot op 0,01 g afleest, watervrij citroenzuur en fenolftaleïne, en dezelfde spatbril en handschoenen als bij elk ander werk met loog. Los ongeveer 10 g citroenzuur, precies afgewogen, op in 500 mL gedestilleerd water met drie druppels fenolftaleïne van 1 %. Voeg de loog beetje bij beetje toe en roer tot elke toevoeging is opgelost; de oplossing kleurt even roze en wordt weer helder terwijl het zuur de loog neutraliseert. Blijft een zwak roze een minuut lang staan, dan heb je net genoeg loog toegevoegd om het zuur te neutraliseren. Dan geldt:

• % NaOH = 62,46 × citroenzuur (g) ÷ toegevoegde caustische soda (g)
• % KOH = 87,61 × citroenzuur (g) ÷ toegevoegde kaliloog (g)

Voer de uitkomst in de calculator in als zuiverheid; die deelt de benodigde hoeveelheid zuivere loog erdoor, zoals Dunn aanraadt.

Warmte en hanteren

Kaliumhydroxide geeft meer warmte af bij het oplossen: 57,61 kJ per mol voor de zuivere vaste stof tegen 44,51 kJ voor natriumhydroxide (CRC Handbook), dus dezelfde verzepende kracht in de vorm van KOH geeft ruwweg 30 % meer warmte. Fisher merkt op dat een KOH-oplossing heftiger reageert en in de kan kan klinken alsof ze kookt. Beide logen zijn bijtend voor huid en ogen, en alles in de handleiding over loogveiligheid geldt voor allebei. De waterkant van de oplossing, ook hoe sterk je die kunt maken, staat in de handleiding over water.