Mydło a twarda woda: osad mydlany, chelatory i spłukiwanie

Twardość wody to według jej najstarszej definicji miara tego, co woda robi z mydłem. Dokument Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) poświęcony twardości zaczyna się od słów: „Twardość wody to tradycyjna miara zdolności wody do reagowania z mydłem; twarda woda wymaga znacznie więcej mydła, by wytworzyć pianę”. Ten poradnik śledzi tę reakcję od umywalki aż po skórę, wyraża ją w liczbach i oddziela to, co naprawdę pomaga, od tego, w czym mydlarze jedynie pokładają nadzieję.

Czym jest twardość

Twarda woda niesie rozpuszczony wapń i magnez, pobrany z wapieni i kredy, oraz mniejsze ilości żelaza, manganu i innych metali. Podaje się ją w miligramach węglanu wapnia na litr, niezależnie od tego, jakie jony faktycznie w niej są, a dokument WHO o twardości stosuje zwykłe przedziały.

WHO, Hardness in Drinking-water (2011). Twój dostawca wody publikuje tę wartość dla twojej okolicy.

Przydatne przeliczenie: podziel tę wartość przez 100, a otrzymasz milimole wapnia i magnezu na litr. Woda o twardości 300 mg/L niesie ich 3 mmol w każdym litrze.

Co się dzieje, gdy spotyka się z nią mydło

Cząsteczka mydła to łańcuch kwasu tłuszczowego z ładunkiem ujemnym na jednym końcu, równoważonym w kostce przez jon sodu. W wodzie sód się odłącza. Jon wapnia lub magnezu ma dwa ładunki dodatnie, więc łączy się z dwiema cząsteczkami mydła naraz, a związek, który tworzą, jest nierozpuszczalny:

2 mydło⁻ + Ca²⁺ → mydło wapniowe (ciało stałe)

To ciało stałe to właśnie osad. Podręcznik mydlarski Thomssena z 1922 roku nazywa je „nierozpuszczalnymi mydłami wapna i magnezji” i zauważa, że „zachowują się jak ciała obojętne, jeśli chodzi o ich wartość w zwykłym zastosowaniu mydła”. Nie pienią się i nie myją, a mydło, które w nie przeszło, przepadło. Piana tworzy się dopiero wtedy, gdy twardość wody zostanie zużyta, dlatego w twardej wodzie potrzeba więcej mydła, by uzyskać tę samą pianę.

Stratę łatwo obliczyć. Dwie cząsteczki mydła na jon razy masa cząsteczki mydła daje ilość mydła, którą niszczy każdy litr.

Średnie masy molowe ze środka zakresu liczby zmydlania na stronie każdego oleju: około 305 g/mol dla mydła sodowego z oliwy z oliwek i 228 g/mol dla mydła z oleju kokosowego.

To, gdzie tworzy się osad, zależy od proporcji mydła do wody. Gdy się namydlasz, dużo mydła spotyka mało wody, twardość tej wody zużywa się od razu, a reszta mydła się pieni. Gdy się spłukujesz, resztka mydła spotyka litry twardej wody i prawie cała kończy jako mydło wapniowe: w umywalce, jako szara obwódka, którą WHO nazywa „obwódką na wannie”, i na tobie.

To samo mydło wstrząśnięte w miękkiej wodzie (po lewej) i w twardej wodzie (po prawej). Twarda woda mętnieje od mydła wapniowego i utrzymuje mało piany.

Na skórze i włosach

Nie cały osad spływa do odpływu. Tanaka i współpracownicy piszą wprost: „Jony mineralne w wodzie z kranu reagują z kwasami tłuszczowymi w mydle, co prowadzi do powstawania na skórze podczas mycia nierozpuszczalnego osadu (mydła metalicznego)”. W części badania prowadzonej na ludziach mycie ultraczystą miękką wodą przez cztery tygodnie zmniejszyło suchość i swędzenie u osób z suchą skórą.

Najlepsze pomiary dotyczą syntetycznego środka powierzchniowo czynnego, a nie mydła. Danby i współpracownicy myli wyznaczone miejsca na skórze 80 ochotników laurylosiarczanem sodu w wodzie o różnej twardości. Twarda woda o twardości około 395 mg/L zostawiała na skórze 2,8 raza więcej środka powierzchniowo czynnego niż woda dejonizowana, a zmiękczenie metodą wymiany jonowej do poniżej 25 mg/L wyraźnie zmniejszało tę pozostałość. Pozostałość zwiększała utratę wody przez skórę i powodowała podrażnienia, najsilniej u osób z egzemą, które mają mutację genu filagryny.

Co to oznacza dla skóry na co dzień, jest mniej pewne. W randomizowanym badaniu z udziałem 336 dzieci z egzemą, mieszkających na terenach z twardą wodą, instalacja zmiękczacza wody z wymianą jonową nie dała przez 12 tygodni dodatkowej poprawy w nasileniu egzemy (Thomas i współpracownicy, 2011). Twarda woda zostawia na skórze więcej środka powierzchniowo czynnego; to, jak bardzo ma to znaczenie, zależy od osoby, a dowody na to, że zmiękczanie wody pomaga przy egzemie, są słabe.

Na włosach chemia jest taka sama, choć nie znaleźliśmy kontrolowanego badania kostek mydła stosowanych na włosy w twardej wodzie. Mydło wapniowe pozostawione we włosach to powód, dla którego kwaśna płukanka należy do mycia włosów prawdziwym mydłem: rozcieńczony kwas, ocet lub kwas cytrynowy w wodzie, zamienia mydło wapniowe z powrotem w wolny kwas tłuszczowy i rozpuszczalną sól wapnia, która się spłukuje. Poradnik o szamponach w kostce omawia płukankę, a nasz przepis na szampon w kostce zakłada, że jej użyjesz.

Dlaczego mydło kokosowe radzi sobie najlepiej

Mydło z oleju kokosowego lub oleju z ziaren palmowych ma w twardej lub słonej wodzie trzy zalety, a każda z nich ma inną przyczynę.

Pozostaje rozpuszczone w solance. Sól wypycha mydło z roztworu; w wytwórniach mydła wykorzystuje się to przy „wysalaniu”, by oddzielić mydło od ługu. Podręcznik Simmonsa i Appletona z 1908 roku odnotowuje, że mydło z łoju najłatwiej się wysala i że „mydła z oleju kokosowego i z ziaren palmowych wymagają bardzo dużych ilości soli, by całkowicie się wydzielić”, bo rozpuszczają się w słabej solance. Dlatego mydła do wody morskiej, przeznaczone do mycia się wodą morską na statkach, wytwarzano z oleju kokosowego lub z ziaren palmowych: są „rozpuszczalne w solance” i dzięki temu „nadają się do użytku w wodzie morskiej”. Thomssen podaje ten sam powód nazwy: mydło do wody morskiej łatwo tworzy „pianę ze słoną wodą”.

Traci mniej wagowo. Twardość niszczy mydło cząsteczka po cząsteczce, a cząsteczki mydła kokosowego są lżejsze, więc ten sam litr kosztuje wagowo mniej więcej o jedną czwartą mniej mydła: 1,37 g wobec 1,83 g mydła z oliwy przy 300 mg/L.

Rozpuszcza się w chłodnej wodzie. Poniżej temperatury zwanej punktem Kraffta mydło sodowe zachowuje się jak słabo rozpuszczalna sól i nie tworzy miceli. Dla laurynianu sodu, głównego mydła oleju kokosowego, ten punkt wynosi około 25 °C (77 °F), a dla mirystynianu 45 °C (113 °F). Dla palmitynianu i stearynianu, które stanowią dużą część mydła z oleju palmowego i z łoju, to 60 °C (140 °F) i 71 °C (160 °F) (Raiguel i współpracownicy, 2025). Kostka kokosowa szybko oddaje mydło do chłodnej wody, w ilości wystarczającej, by w pianie zdusić twardość, i jeszcze z zapasem.

Nic z tego nie zapobiega osadowi. Woda morska to skrajny przypadek: przy składzie referencyjnym zawiera 0,41 g wapnia i 1,28 g magnezu na kilogram, co daje twardość około 6300 mg/kg w przeliczeniu na węglan wapnia, 35 razy więcej niż próg, od którego WHO mówi o wodzie „bardzo twardej”. Każdy jej litr może zamienić około 30 g mydła kokosowego w mydło magnezowe i wapniowe. Mydło do wody morskiej działa, bo piana na skórze zawiera dużo mydła w bardzo małej ilości wody, a nie dlatego, że chemia je oszczędza.

Zalety oleju kokosowego idą w parze z jego wadą: mydło z niego myje ostro. Nasze mydło spa z różową solą, z 70 % oleju kokosowego, ma z tego powodu 18 % przetłuszczenia, a kostka ze 100 % oleju kokosowego 20 %. Żadne z nich nie spłukuje się czysto w twardej wodzie: mydło solankowe tworzy osad jak każde inne. Poradnik o mydle solankowym omawia tę równowagę.

Co może chelator w kostce

Chelatory, takie jak EDTA i cytrynian sodu, wiążą wapń i magnez, i mydlarze dodają je do kostek po części właśnie z tego powodu. Kłopot tkwi w arytmetyce. Chelator w kostce przechodzi do wody tylko tak szybko jak mydło, a każda jego cząsteczka może związać najwyżej jeden jon wapnia lub magnezu.

Jeden jon wapnia lub magnezu na cząsteczkę chelatora. To górna granica: cytrynian wiąże wapń znacznie słabiej niż EDTA i w praktyce wiąże go mniej. Wartości dla cytrynianu dotyczą partii z 1000 g olejów, ważącej około 1,4–1,5 kg.

Chelator w kostce nie ma więc wpływu na spłukiwanie. EDTA w dawkach stosowanych w mydle w kostce ma inne zadanie: wiąże żelazo i miedź, które napędzają jełczenie, o czym mówi poradnik o przeciwutleniaczach i chelatorach; Dow wymienia też słabe pienienie i spłukiwanie wśród problemów, jakie jony metali powodują w mydle w kostce. Cytrynian sodu to ten chelator, który mydlarze dozują ze względu na twardość, „więcej przy twardej wodzie, mniej przy miękkiej”, jak ujmuje to poradnik jednego z dostawców. Cytrynian jest jednak słabym chelatorem, a Nouryon, który produkuje silniejszy, podaje, że dodatek cytrynianu do mydła w płynie w średnio twardej wodzie przyniósł „ograniczoną korzyść” w zapobieganiu osadowi. W naszych poszukiwaniach nie natrafiliśmy na żaden test cytrynianu w ręcznie robionej kostce w twardej wodzie.

To, co naprawdę działa, wpływa na wodę albo na chemię mycia:

1. Bardziej miękka woda. Zmiękczacz z wymianą jonową zamienia wapń i magnez na sód, który mydłu nie przeszkadza. Pozostałości zmierzone przez Danby’ego wyraźnie spadały poniżej 25 mg/L.
2. Kwaśna płukanka, zwłaszcza do włosów, która usuwa już osadzone mydło wapniowe.
3. Inny środek myjący. Niejonowe środki powierzchniowo czynne nie reagują z jonami twardości tak jak mydło i inne anionowe środki powierzchniowo czynne, zauważa Nouryon. Anionowe nie są na to odporne: laurylosiarczan sodu był właśnie tym środkiem, który mierzył Danby. Jeśli chcesz zrobić kostkę, która nie jest mydłem, kalkulator syndetów wykona za ciebie obliczenia.

Robienie mydła na twardej wodzie z kranu

Woda w przepisie to coś innego niż woda, którą się myjesz, i tam twardość jest prawie bez znaczenia. Mydło z oliwy na 1000 g olejów przy stężeniu ługu 33 % zużywa 261,2 g wody. Przy 300 mg/L ta woda niesie 0,78 mmol wapnia i magnezu, co wystarczy, by zepsuć 0,48 g mydła w partii o masie 1390 g: 0,03 %. Nie zmieni to piany ani twardości kostki. Nie jest to też biały proszek na dojrzewającej kostce, czyli nalot sodowy, który powstaje z ługu i powietrza.

Dwa powody, by używać wody destylowanej, wytrzymują tę arytmetykę.

Metale śladowe. Normy wtórne amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA), czyli jej wytyczne dla uciążliwych substancji w wodzie pitnej, to 0,3 mg/L żelaza i 1,0 mg/L miedzi. Przy takich poziomach te same 261,2 g wody wnoszą 0,08 mg żelaza i 0,26 mg miedzi, co daje w partii około 0,19 ppm miedzi. To blisko 0,2 ppm, które według patentu firmy Lever na mydło wystarczało, by zepsuć kolor i zapach. To górne limity, a nie typowe wartości: prawdziwe liczby podaje roczny raport o jakości wody twojego dostawcy, a korodujące miedziane rury, jak zauważa EPA, mogą dodać więcej. Żelazo z kranu ma mniejsze znaczenie: norma Codex pozwala, by kilogram oleju nierafinowanego (virgin) zawierał do 5,0 mg żelaza, ponad sześćdziesiąt razy więcej, niż wnosi woda. Mydlarze często obwiniają wodę z kranu o pomarańczowe plamy. Liczby mówią, że może się do nich przyczynić, przez miedź, ale oleje wnoszą własne metale i o ile nam wiadomo, żaden kontrolowany test nie porównał tych dwóch źródeł.

Klarowne mydło. W mydle transparentnym twardość jest widoczna. Simmons i Appleton ostrzegali, że twarda woda „może powodować nieprzejrzyste smugi mydła wapniowego”, a Failor w swoich przepisach na mydło transparentne zaleca wodę destylowaną lub miękką.

Mydlarze chcą miękkiej wody do ługu od grubo ponad stu lat: Simmons i Appleton wymagali wody „wolnej od soli wapnia i magnezu”. Woda destylowana niewiele kosztuje, usuwa jedną zmienną i sprawia, że przepis zachowuje się tak samo w każdym mieście. Jeśli mimo to używasz wody z kranu, EDTA rozpuszczone w niej przed dodaniem ługu zwiąże metale, które ona wnosi.