Wodorotlenek sodu

Czym jest i co robi

Wodorotlenek sodu (NaOH), sprzedawany jako ług lub soda kaustyczna, to białe ciało stałe i jedna z najsilniejszych powszechnie stosowanych zasad. W mydlarstwie dostarcza jonów wodorotlenkowych, które rozbijają każdą cząsteczkę tłuszczu na trzy cząsteczki mydła i jedną cząsteczkę gliceryny. Sód zostaje w mydle, a to dzięki mydłom sodowym kostka twardnieje.

Reakcja przebiega w stałych proporcjach, dlatego ług waży się co do grama. Liczba zmydlania oleju mówi, ile zasady on potrzebuje. Te wartości podaje się w miligramach wodorotlenku potasu na gram tłuszczu, więc kalkulator przelicza je na wodorotlenek sodu za pomocą stosunku mas molowych obu związków, 39,997 do 56,106.

Mydlarze odważają trochę mniej ługu, niż oleje mogłyby zużyć. Ten zapas to przetłuszczenie, inaczej zmniejszenie ilości ługu, i dzięki niemu to ług jest składnikiem, który kończy się pierwszy. Przy domyślnych w kalkulatorze 5 % na 1000 g oliwy z oliwek potrzeba 128,7 g wodorotlenku sodu: tyle, ile wystarczy na 95 % oleju, a reszta zostaje w kostce jako olej. Po zakończeniu reakcji nie zostaje już ług, który nie miałby z czym reagować, a to, co pozostaje, to mydło, gliceryna, przetłuszczenie i trochę wody.

Reakcja jest szybka na początku i powolna pod koniec. W badaniach Kevina Dunna, gdy mydło trzymano w cieple przez pierwsze cztery godziny, większość reakcji kończyła się w ciągu doby, a większość jego dojrzałych kostek przy miareczkowaniu nie zawierała w ogóle wolnej zasady. Dlatego świeże mydło przez pierwsze dni bierze się do ręki w rękawicach, a dojrzałej, poprawnie wyliczonej kostki już nie.

Postacie, gatunki i czystość

Ciało stałe występuje w postaci płatków, małych okrągłych kuleczek (sprzedawanych jako perełki lub mikroperełki) i granulek. NIOSH opisuje je jako płatki, perełki lub granulki, a unijna specyfikacja dodatku do żywności dodaje pastylki, laseczki i stopione bryły. Postać wpływa na to, jak ług się sypie, a w niczym nie zmienia tego, jak działa. Niezależnie od postaci waż go: ług w przepisie to masa, nigdy objętość.

Spożywczy wodorotlenek sodu, dodatek E 524, musi zawierać co najmniej 98,0 % zasady w przeliczeniu na NaOH i nie więcej niż 0,5 % węglanu sodu, zgodnie ze specyfikacją UE w rozporządzeniu (UE) nr 231/2012. Notatka w kalkulatorze podaje od 98 do 100 % dla gatunku spożywczego i technicznego, a certyfikat producenta, który Dunn pokazał mydlarzom, wskazywał 99,9 %.

Dlatego kalkulator zakłada 100 % i dlatego to założenie jest bezpieczne. Jeśli twój ług ma w rzeczywistości 98 %, a zostawisz ustawienie 100 %, nasza codzienna kostka będzie miała przetłuszczenie 6,9 % zamiast 5 %: będzie trochę bardziej miękka i łagodniejsza, nigdy żrąca. Błąd, którego trzeba unikać, idzie w drugą stronę: czystość wpisana niżej, niż ług ma naprawdę, bo wtedy kalkulator odważa go więcej. Zmieniaj ustawienie tylko wtedy, gdy etykieta, świadectwo analizy albo twoje własne miareczkowanie da ci konkretną liczbę.

Środek do udrażniania rur nadaje się tylko wtedy, gdy na etykiecie jest napisane 100 % wodorotlenku sodu albo 100 % ługu i nic więcej, jak ujmuje to Anne Watson. Wiele środków do rur to mieszanki. Anne-Marie Faiola ostrzega, że niektóre granulowane zawierają drobinki aluminium, które ług atakuje, wydzielając wodór, gaz palny; inne zawierają składniki, które według słów Alicii Grosso zupełnie nie nadają się do mydła. Mieszanka wnosi do mydła swoje inne chemikalia i może reagować w dzbanku inaczej niż czysty ług, więc nigdy jej nie używaj. Czysty wodorotlenek sodu jest biały lub prawie biały; plamki, zabarwienie albo cokolwiek metalicznego w opakowaniu oznacza, że wraca ono do sprzedawcy.

Rozpuszczanie

Zawsze wsypuj ług do wody, powoli, nigdy nie wlewaj wody do ługu; to samo mówi Międzynarodowa Karta Bezpieczeństwa Chemicznego. Rozpuszczanie wodorotlenku sodu wydziela 44,51 kJ na mol, około 1,1 kJ na gram, i całe to ciepło przechodzi do roztworu. Świeży roztwór ługu w kilka chwil przekracza 90 °C: David Fisher, Catherine Failor i Anne-Marie Faiola podają około 93 °C (200 °F). Woda wylana na kupkę ługu trafia na znacznie więcej ługu, niż może odebrać od niego ciepła, więc wrze w miejscu zetknięcia i pryska.

Zaczynaj od zimnej wody. Grosso ostrzega, że ług dodany do gorącego płynu doprowadza go „niebezpiecznie blisko temperatury wrzenia lub ponad nią w mgnieniu oka”, a NIOSH zauważa, że ciepło może wystarczyć do zapalenia pobliskich materiałów palnych. Przez pierwszą minutę z dzbanka unosi się para, która niesie drobną mgiełkę ługu. Susan Miller Cavitch uznała opary za przytłaczające już po około dziesięciu sekundach i wychodziła z pomieszczenia na dwie lub trzy minuty; odwrócenie twarzy i praca przy otwartym oknie albo pod okapem kuchennym dają ten sam efekt. Ta mgiełka szkodzi już w bardzo małej ilości: w USA dopuszczalne stężenie w miejscu pracy to 2 mg wodorotlenku sodu w metrze sześciennym powietrza.

Lód i zamrożone płyny ograniczają wzrost temperatury. Jeden ze sposobów chłodzenia ługu, jakie podaje Faiola, polega na odważeniu kostek lodu jako płynu z przepisu i rozpuszczeniu ługu na nich. Mleko, herbata i inne płyny zawierające cukry lub białka przypalają się w gorącym ługu, dlatego Grosso i Faiola zamrażają je na papkę i wsypują ług po łyżce. Wszystko, co zamrożone, liczy się jako woda z przepisu. Lód wrzucony do gotowego roztworu to dodatkowa woda, której przepis nie przewidywał; żeby schłodzić dzbanek, postaw go w misce z zimną lub lodowatą wodą, tak jak robi Watson.

Ług atakuje aluminium, cynę, ołów i cynk, wydzielając przy tym wodór, a podręcznik OxyChem dodaje miedź i jej stopy, mosiądz i brąz. Zatem żadnych aluminiowych garnków ani folii, żadnych ocynkowanych wiader i żadnych mosiężnych łyżek. Właściwym metalem jest stal nierdzewna: OxyChem dopuszcza stal nierdzewną 304L i 316L do sody kaustycznej do 200 °F (93 °C).

Spośród tworzyw sztucznych do mieszania nadaje się dzbanek z polipropylenu (PP, kod recyklingu 5): producent sprzętu laboratoryjnego ocenia jego odporność na roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 50 % jako doskonałą i dopuszcza go do 135 °C. Polietylen wysokiej gęstości (HDPE, kod 2) jest równie odporny na ług, ale jego temperatura ugięcia pod obciążeniem wynosi 65 °C, więc lepiej nadaje się do suchego ługu i ostudzonego roztworu niż do świeżego, gorącego. Poliwęglan i PETG, przezroczyste „nietłukące” tworzywa, są od razu niszczone przez stężony ług, a butelka po napoju nigdy nie jest pojemnikiem na ług.

W sprawie szkła żaroodpornego książki się różnią. Cavitch mieszała ług w szkle żaroodpornym, Watson dopuszcza szkło do piekarnika, a Fisher solidny szklany dzbanek, natomiast Grosso przestała je polecać, bo żaroodporne szklane miarki pękały, a nasz poradnik bezpieczeństwa pracy z ługiem zaleca raczej unikać szkła. Każda ze stron ma trochę racji. Szkło borokrzemowe bez trudu znosi roztwory żrące do 30 % w temperaturze pokojowej, jak podaje jego producent, ale korozja rośnie z temperaturą, a świeży roztwór ługu jest zarówno mocniejszy, jak i znacznie gorętszy. Gorąca zasada powoli trawi szkło, a gorący szklany dzbanek postawiony do chłodzenia w zimnej wodzie może pęknąć. Polipropylen nie ma żadnego z tych problemów.

Stężenie i potrzebna woda

Woda nie bierze udziału w reakcji. Rozpuszcza ług i przenosi go do olejów, a większość z niej opuszcza kostkę podczas dojrzewania. Ile jej użyć, to kwestia wyboru. Kalkulator pozwala podać ją jako stężenie ługu (udział ługu w roztworze ługu), stosunek wody do ługu albo wodę jako % olejów i pokazuje wszystkie trzy wartości naraz. Zaczyna od roztworu 33 %, a wszystko powyżej 40 % oznacza jako mocne, poniżej 25 % jako rozcieńczone. Poradnik o wodzie opisuje, co każda zmiana robi ze śladem, twardością, dojrzewaniem i nalotem sodowym.

Dolną granicę wyznacza to, ile ługu woda może utrzymać w roztworze. Wodorotlenek sodu nasyca roztwór przy około 52 % masowych w 20 °C, czyli około 108 g na 100 g wody (OECD). Przy mniejszej ilości wody część ługu nie może się rozpuścić i trafia do kostek jako żrące ziarenka, dlatego kalkulator ostrzega, gdy woda odważona z ługiem waży mniej niż masa ługu podzielona przez 1,08. W praktyce nie należy stosować roztworu mocniejszego niż 50 %, czyli równe masy ługu i wody, a poniżej około 12 °C taki roztwór zaczyna krystalizować (OxyChem). Masterbatch trzymany w zimnym pomieszczeniu może wytrącić kryształy, a płyn nad nimi jest wtedy słabszy, niż mówi etykieta.

Mocniejszy roztwór bardziej się nagrzewa podczas rozpuszczania i, jak zauważa Grosso, szybciej oparza skórę. Mleko i inne płyny liczą się tylko jako woda, którą zawierają, a płyn wstrzymany do śladu sprawia, że ług rozpuszcza się w mniejszej ilości wody, niż sugeruje liczba w przepisie. Kalkulator pokazuje stężenie w chwili mieszania i ostrzega, gdy przekroczy ono granicę.

Przechowywanie i oznaki zepsucia

Trzymaj wodorotlenek sodu w oryginalnym, oznakowanym opakowaniu, zakręcając pokrywkę po każdym nabraniu. Karta bezpieczeństwa chemicznego zaleca przechowywać go w suchym miejscu, w szczelnie zamkniętym pojemniku, z dala od żywności, mocnych kwasów i metali. Przechowuj go poza zasięgiem dzieci i zwierząt, osobno od wodorotlenku potasu, i nigdy nie przesypuj go do pojemnika po żywności ani do butelki po napoju.

Ług wyciąga wodę z powietrza i pochłania też dwutlenek węgla, który zamienia jego część w węglan sodu; unijna specyfikacja dodatku do żywności opisuje tę reakcję. Jedno i drugie zmniejsza ilość wodorotlenku w każdym odważonym gramie. Sama woda sprawia, że w mydle jest za mało ługu i jest ono bardziej miękkie, co stwierdził Dunn, symulując sodę kaustyczną, której czystość spadła do 95, 90, 85 i 80 %. Węglanu nie da się już usunąć i trafia on do partii razem z ługiem. Fabryki mydła dodawały kiedyś węglan celowo, żeby utwardzić tanie mydło, a Simmons i Appleton ostrzegali, że jego nadmiar czyni mydło kruchym i powoduje biały wykwit na powierzchni. Biały nalot na świeżym bloku, czyli nalot sodowy, zwykle powstaje inaczej, z nieprzereagowanego ługu na powierzchni w kontakcie z powietrzem, i zajmuje się nim poradnik o nalocie sodowym.

Świeży ług sypie się jako oddzielne, suche perełki lub płatki. Ług, który wchłonął wodę, zbija się w grudy i zbryla; Cavitch, która robiła mydło w wilgotnym Memphis, kupowała go w małych opakowaniach, żeby nigdy nie musieć wydłubywać odważanej porcji z twardej bryły. Węglan trudniej zauważyć. Sprawdzian Dunna polega na rozpuszczeniu próbki do roztworu 50 %, w goglach i rękawicach: węglan sodu nie rozpuszcza się w stężonym ługu, więc w zanieczyszczonym ługu widać białe drobinki pływające na powierzchni. Kilka jest nieuniknionych; dużo oznacza, że ług nie nadaje się do mydła. Jeśli opakowanie stało otwarte albo ług się zbrylił, zmierz jego czystość miareczkowaniem kwasem cytrynowym opisanym w poradniku o NaOH i KOH albo go wymień.

Zakup i przepisy prawa

Kupuj ług opisany jako wodorotlenek sodu, w płatkach lub perełkach, u dostawcy dla mydlarzy lub dostawcy chemikaliów, albo w gatunku spożywczym lub technicznym. W transporcie jest towarem niebezpiecznym, UN 1823, klasa 8 (materiały żrące), grupa pakowania II, i ta klasyfikacja decyduje o tym, jak wolno go pakować i wysyłać.

W UE opakowanie sprzedawane konsumentom ma etykietę zgodną z CLP: piktogram korozji, hasło „Niebezpieczeństwo”, H314 i zwroty wskazujące środki ostrożności. Ponieważ to substancja żrąca dla skóry kategorii 1, opakowanie musi też mieć zamknięcie utrudniające otwarcie przez dzieci i wyczuwalne dotykiem ostrzeżenie o niebezpieczeństwie dla osób niewidomych i niedowidzących (CLP, załącznik II, sekcje 3.1 i 3.2).

W Anglii, Walii i Szkocji wodorotlenek sodu w stężeniu ponad 12 % masowych jest od 6 kwietnia 2022 r. „produktem żrącym” (corrosive product) w rozumieniu ustawy Offensive Weapons Act 2019. Sprzedaż osobie, która nie ukończyła 18 lat, jest przestępstwem, a sprzedawca, który sprzedaje go na odległość, przez internet lub telefon, popełnia przestępstwo, dostarczając go lub organizując jego dostawę do lokalu mieszkalnego albo do paczkomatu. Sprzedawca nie może tam legalnie wysłać go na adres domowy.

W Stanach Zjednoczonych produkty domowe zawierające 10 % lub więcej wolnego wodorotlenku sodu muszą mieć hasło ostrzegawcze „POISON” (trucizna), co wywodzi się z ustawy Federal Caustic Poison Act, a suche produkty domowe o takim stężeniu wymagają opakowań zabezpieczonych przed dziećmi (16 CFR 1500.129, 1700.14). Inne kraje mają własne przepisy. Kupuj u dostawcy, który może ci go legalnie wysłać, i zachowaj etykietę oraz kartę charakterystyki.

Sprzątanie i utylizacja

Suche perełki zmieć zmiotką na szufelkę, w rękawicach, i przesyp do suchego plastikowego pojemnika z pokrywką, jak zaleca karta bezpieczeństwa chemicznego, a potem przetrzyj to miejsce dużą ilością wody. Perełki odbijają się i przyklejają przez elektryczność statyczną, więc zanim zdejmiesz rękawice, sprawdź podłogę, wagę i rękawy.

Rozlany roztwór zbierz ręcznikami papierowymi, wyrzuć je i przetrzyj powierzchnię dużą ilością wody. Zobojętnianie to sposób, w jaki przemysł kończy sprzątanie, a nie je zaczyna: OxyChem najpierw zbiera rozlany materiał, zobojętnia rozcieńczonym kwasem tylko pozostałość, a potem spłukuje miejsce wodą, a jego podręcznik ostrzega, że roztwory żrące wydzielają podczas zobojętniania znaczne ilości ciepła. W domu oznacza to przetarcie twardej powierzchni rozcieńczonym octem, gdy ługu już nie ma, a nigdy wylewanie octu na kałużę gorącego roztworu.

Najłatwiej zutylizować ług, którego nigdy nie zmieszano, więc rób tylko tyle, ile potrzebuje przepis. Pozostały roztwór przechowasz do następnej partii w szczelnie zamkniętej butelce z polipropylenu lub HDPE, opisanej jako ług, ze stężeniem i datą; ustawienie „Masterbatch ługu” w kalkulatorze odważy go za ciebie. Roztwór, którego nie użyjesz, i suchy ług, którego już nie chcesz, oddaj do punktu zbiórki odpadów niebezpiecznych z gospodarstw domowych, nie wylewaj do zlewu i nie wyrzucaj do kosza: wodociągi proszą, żeby chemikalia trafiały właśnie tam, a niektóre punkty zbiórki przyjmują je tylko w oryginalnym, oznakowanym opakowaniu, więc zapytaj, zanim przyniesiesz słoik domowego roztworu. Surowa masa mydlana nadal jest żrąca i może zastygnąć w rurze (Grosso), więc zeskrob ją do zapasowej formy albo do kosza.

Wodorotlenek sodu czy wodorotlenek potasu

Obie zasady wykonują tę samą pracę, cząsteczka za cząsteczkę. Różnica leży w mydle, które po sobie zostawiają. Sodowe mydła nasyconych kwasów tłuszczowych krystalizują w temperaturze pokojowej i zastygają w kostki; ich potasowe odpowiedniki pozostają rozpuszczone, dlatego wodorotlenek potasu daje mydło w płynie i mydło miękkie (McBain i Sierichs, 1948). Przepis z dwoma ługami wykonuje część zmydlania każdym z nich: niewielki udział potasu daje kostkę, która łatwiej się pieni, większy – mydło do golenia, a przewaga potasu – mydło kremowe.

Wyglądają niemal tak samo i nie są zamienne wagowo: 56,1 g wodorotlenku potasu robi to samo co 40,0 g wodorotlenku sodu. Odważ wodorotlenek sodu według liczby dla wodorotlenku potasu, a kostka dostanie o mniej więcej połowę więcej ługu, niż jej oleje mogą zużyć. Dla 1000 g oliwy z oliwek to 200,6 g zamiast 128,7 g, przetłuszczenie około −48 % i żrąca kostka. Opisz oba opakowania, trzymaj je osobno i przed ważeniem przeczytaj w kalkulatorze nazwę ługu nad liczbą.

Częste błędy i mity

„W ręcznie robionym mydle wciąż jest ług”. W poprawnie wyliczonej i wykonanej kostce nie zostaje go wcale: ługu odważa się mniej, niż oleje mogłyby przyjąć, i zużywa się on w reakcji, co pokazują miareczkowania dojrzałych kostek wykonane przez Dunna. Każde prawdziwe mydło powstaje z ługu, łącznie z bazą glicerynową (M&P); pytanie brzmi, czy coś z niego zostało. Normy dla mydła mierzą właśnie to. Na przykład wschodnioafrykańska norma dla mydła toaletowego dopuszcza najwyżej 0,1 % wolnych alkaliów żrących i nie ustala granicy pH, bo każde prawdziwe mydło ma odczyn zasadowy, mniej więcej pH od 9 do 10.

„Dotknij językiem”. Test na języku (zap test) wkłada do ust kostkę, która może być żrąca, wykrywa tylko duży nadmiar ługu i mogą go zmylić zapachy takie jak cynamon i goździki, które pobudzają ten sam receptor odpowiedzialny za uczucie pieczenia. Fenoloftaleina, skalibrowany pH-metr albo miareczkowanie laboratoryjne odpowiadają na to pytanie bez ryzyka; poradnik o pH mydła wyjaśnia, jak odczytać wynik każdej z tych metod.

Błędy, które naprawdę szkodzą, są nieliczne i dobrze znane: woda wlana na ług; dzbanek z roztworem pozostawiony bez nadzoru lub bez etykiety; aluminium gdziekolwiek w pobliżu; stary, zbrylony ług ważony tak, jakby był świeży; zła zasada wybrana w kalkulatorze; czystość wpisana niżej, niż ług ma naprawdę; i ocet na oparzenie zamiast bieżącej wody.