NaOH i KOH: wodorotlenek sodu, wodorotlenek potasu i oba ługi razem

Wodorotlenek sodu (NaOH, soda kaustyczna, w roztworze ług sodowy) i wodorotlenek potasu (KOH, w roztworze ług potasowy) wykonują przy robieniu mydła tę samą pracę: każdy z nich dostarcza jonów wodorotlenkowych, które rozszczepiają tłuszcz na mydło i glicerynę. Różnią się mydłem, które po sobie zostawiają, liczbą gramów potrzebną w przepisie i tym, co naprawdę zawierają płatki na twojej półce. Ten poradnik omawia wszystkie trzy różnice, potem przepisy z oboma ługami i jedną pomyłkę między nimi, przez którą kostka może być żrąca.

Ta sama reakcja, różne masy

Cząsteczka tłuszczu zużywa trzy jony wodorotlenkowe bez względu na to, która zasada je dostarcza, więc oba wodorotlenki są wymienne cząsteczka za cząsteczkę, a nie gram za gram. Atom potasu jest cięższy od atomu sodu i według mas atomowych IUPAC mol KOH waży 56,106 g, a mol NaOH 39,997 g. Zatem 1 g KOH wykonuje pracę 0,7129 g NaOH, a 1 g NaOH pracę 1,4028 g KOH.

Liczby zmydlania definiuje się przez wodorotlenek potasu, jako miligramy KOH na gram tłuszczu (AOCS Cd 3-25), więc kalkulator przelicza je przez te 0,7129 za każdym razem, gdy wybierasz wodorotlenek sodu. Tabela, która podaje dla oliwy z oliwek wartość 0,190, podaje ci wartość dla KOH; wartość dla NaOH to 0,135.

Z naszego kalkulatora, przy reprezentatywnych liczbach zmydlania 190 i 256,5 mg KOH/g.

Daje to szybki sprawdzian. Dla mydła w kostce przy przetłuszczeniu 5 % wodorotlenek sodu stanowi mniej więcej od 13 % (oliwa) do 17 % (olej kokosowy) masy olejów. Wodorotlenek potasu o czystości 90 % to mniej więcej od 20 do 27 %. Ilość ługu spoza zakresu dla zasady, którą trzymasz w ręku, warto sprawdzić drugi raz.

Dlaczego sód daje kostki, a potas mydło w płynie

Kostka mydła to masa kryształów mydła, które zatrzymują trochę wody. To, czy mydło w temperaturze pokojowej krystalizuje, czy pozostaje rozpuszczone, odróżnia od siebie obie zasady, a klasyczne pomiary McBaina i Sierichsa z 1948 roku wyraźnie pokazują ten wzór. W ich badaniach w temperaturze pokojowej w istotnym stopniu rozpuszczało się tylko kilka czystych mydeł: laurynian potasu, mirystynian potasu, oleinian potasu, mydło potasowe z mieszaniny kwasów oleju kokosowego i oleinian sodu. Każde inne mydło sodowe lub potasowe nasyconych kwasów tłuszczowych, w tym laurynian sodu i stearynian sodu, wymagało ogrzania, żeby przejść do roztworu.

Mydło sodowe z oleju kokosowego, palmowego lub z łoju zastyga więc w twardą, krystaliczną kostkę. Zrobione z wodorotlenkiem potasu laurynowe i oleinowe mydła z oleju kokosowego i oliwy pozostają w roztworze jako prześwitująca pasta, a właśnie tego chce twórca mydła w płynie: pastę rozcieńcza się wodą do postaci, którą da się nalewać, a nasz kalkulator rozcieńczania wylicza, ile wody potrzeba. Dawne mydła maziste, takie jak czarne mydło (savon noir) z oliwy i ługu potasowego, to ta sama chemia zatrzymana przed rozcieńczeniem.

Oleinian sodu jest wyjątkiem po stronie sodu i to on tłumaczy mydło kastylijskie. Kostka z czystej oliwy to głównie oleinian sodu, który rozpuszcza się na tyle dobrze, że młoda kostka przez wiele tygodni pozostaje miękka, a w użyciu robi się śliska.

Czystość: co zawierają płatki na twojej półce

Wodorotlenek sodu opuszcza fabrykę niemal czysty. Certyfikat producenta dla worka perełek sody kaustycznej, który Dunn pokazał mydlarzom, podaje 99,9 % NaOH, a kalkulator przyjmuje 100 %, dopóki tego nie zmienisz; jego podpowiedź podaje od 98 do 100 % dla jakości spożywczej i technicznej.

Z wodorotlenkiem potasu jest inaczej. Ocena OECD podaje, że produkt przemysłowy w postaci stałej zawiera około 91 % KOH i około 8 % wody, a granulki o czystości odczynnikowej mają gwarantowane tylko 85 % KOH, przy zawartości do 2 % węglanu potasu. Kalkulator przyjmuje 90 % i ostrzega cię, gdy ustawisz 99,5 % lub więcej.

Błędna czystość ma największe znaczenie przy małym przetłuszczeniu, a mydło w płynie robi się przy 0 do 3 %. KOH, który w rzeczywistości ma czystość 95 %, a został wpisany jako 90 %, daje o 5,6 % więcej KOH, niż potrzebuje przepis, czyli tyle, że mydło w płynie robione przy 0 do 3 % zejdzie poniżej zera. Wpisz płatki 90 % jako 100 %, a zabraknie ci 10 %, co zostawi mętną, tłustą pastę. Używaj czystości podanej na etykiecie lub w świadectwie analizy od dostawcy, a jeśli nie masz żadnego z nich, zmierz ją (niżej).

NaOH i KOH razem

Przepis z oboma ługami wykonuje część zmydlania wodorotlenkiem potasu, a resztę wodorotlenkiem sodu. Wybierz w kalkulatorze Oba ługi, a pojawi się pole Udział KOH. To udział w zmydlaniu wykonywanym przez potas, a nie udział w masie, a ponieważ KOH to cięższa cząsteczka i jest sprzedawany w mniej czystej postaci, jego udział w masie jest zawsze większy. Wyniki podają oba.

Weźmy nasz przepis na mydło do golenia: 40 % kwasu stearynowego, 25 % oleju kokosowego, 20 % oliwy, 10 % oleju rycynowego i 5 % masła shea, przy przetłuszczeniu 4 %, przy czym 40 % zmydlania wykonuje potas. Na 500 g olejów to 43,7 g wodorotlenku sodu i 45,4 g wodorotlenku potasu 90 %. Potas wykonuje dwie piąte pracy i stanowi 51 % ługu, który ważysz.

Ile potasu użyć, zależy od tego, czego od niego oczekujesz:

• Kostki: około 5 %. Odrobina potasu sprawia, że kostka łatwiej się rozpuszcza i pieni, zwłaszcza w mydłach bogatych w kwas stearynowy i palmitynowy. Classic Bells przytacza sugestię Watson, by w mydle kastylijskim dać 5 %, co ogranicza ciągnący się śluz, z którego znane jest czyste mydło oliwkowe. Dla 1000 g oliwy przy przetłuszczeniu 5 % udział 5 % to 122,2 g wodorotlenku sodu i 10,0 g wodorotlenku potasu.
• Mydło do golenia: więcej. Ta sama rozpuszczalność i piana liczą się jeszcze bardziej w krążku bogatym w kwas stearynowy. Mydła do golenia Thomssena z 1922 roku mają od około 25 % do 45 %; nasze ma 40 %, a nasze mydło do golenia z kwasem stearynowym dochodzi do 50 %, żeby wilgotny pędzel szybko nabierał mydła. Poradnik o mydle do golenia omawia proporcje.
• Mydło kremowe: głównie potas. Podstawowe mydło kremowe Fishera wychodzi na około trzy czwarte potasu w przeliczeniu na zmydlanie, przy przetłuszczeniu około 5 %, a opublikowane kremy do golenia mieszczą się w tym samym obszarze. Nasz przepis na mydło kremowe zaczyna od 75 %; udział KOH decyduje o tym, jak miękki pozostaje krem, więc podnieś go, jeśli chcesz bardziej miękkiego, albo obniż, jeśli chcesz twardszego, a poradnik o mydle kremowym omawia to dokładniej.

Przy masterbatchu kalkulator trzyma oba ługi osobno: roztwór zapasowy zawiera wodorotlenek sodu, a wodorotlenek potasu waży się na sucho.

Pomyłka, która czyni kostkę żrącą

Kalkulator pamięta twój ostatni wybór ługu, w zapisanym stanie i w każdym skopiowanym linku. Zrób jednego wieczoru mydło w płynie, a następnego wpisz przepis na kostkę bez przełączenia z powrotem na wodorotlenek sodu, a liczba na ekranie będzie wartością dla wodorotlenku potasu. Odważ według niej wodorotlenek sodu, a kostka będzie miała duży nadmiar ługu.

Dla 1000 g oliwy przy przetłuszczeniu 5 % kalkulator w trybie KOH podaje 200,6 g. Odważone jako wodorotlenek sodu zamiast 128,7 g, których potrzebuje kostka, to mniej więcej o połowę więcej ługu, niż oleje mogą zużyć: przetłuszczenie −48 %. Ta sama pomyłka zdarza się, gdy tabelę liczb zmydlania dla KOH czyta się tak, jakby była dla NaOH, i przy dwóch nieopisanych pojemnikach z białymi płatkami; Faiola wyraźnie ostrzega przed kupieniem jednego, gdy miało się na myśli drugi.

Odwrotna pomyłka to tylko marnotrawstwo. Odważ do mydła w płynie 128,7 g wodorotlenku potasu 90 % według wartości dla wodorotlenku sodu, a przetłuszczenie wyniesie około 39 %: wyjdzie tłusta pasta, która nie rozcieńczy się do klarownego płynu, ale nie żrąca.

Ług pochłania wodę i dwutlenek węgla

Oba wodorotlenki pobierają wodę z powietrza. Międzynarodowa karta bezpieczeństwa chemicznego opisuje wodorotlenek sodu jako higroskopijny, a oceny OECD nazywają zarówno jego, jak i wodorotlenek potasu substancjami rozpływającymi się, czyli zdolnymi pochłonąć tyle wody, że się w niej rozpuszczają; o wodorotlenku potasu OECD dodaje, że łatwo pochłania też dwutlenek węgla.

Pochłonięta woda sprawia, że każdy odważony gram jest słabszy. Dunn zasymulował sodę kaustyczną, której czystość spadła do 95, 90, 85 i 80 %, i stwierdził, że mydła wychodziły bardziej miękkie: z niedoborem ługu i nieszkodliwe, ale nie taka kostka, jaką zaprojektowano. Dwutlenek węgla jest gorszy, bo zamienia wodorotlenek w węglan i nie ma łatwego sposobu, żeby się go znowu pozbyć. Sprawdzian Dunna dla wodorotlenku sodu polega na przygotowaniu roztworu 50 %: węglan sodu nie rozpuszcza się w mocnym ługu, więc zanieczyszczony ług pokazuje białe drobinki unoszące się na powierzchni. Kilka jest nie do uniknięcia; dużo oznacza, że ług nie nadaje się do mydła.

Trzymaj obie zasady w szczelnych pojemnikach i zamykaj je zaraz po odważeniu. Jeśli pojemnik stał otwarty albo zawartość się zbryliła, zmierz czystość albo wymień ług.

Pomiar czystości w domu

Metoda Dunna wymaga wagi z dokładnością do 0,01 g, bezwodnego kwasu cytrynowego i fenoloftaleiny, a także tych samych gogli i rękawic co każda inna praca z ługiem. Rozpuść około 10 g kwasu cytrynowego, odważonego dokładnie, w 500 mL wody destylowanej z trzema kroplami roztworu fenoloftaleiny 1 %. Dodawaj ług po trochu, mieszając, aż każda porcja się rozpuści; roztwór na chwilę różowieje i znów się odbarwia, gdy kwas go zobojętnia. Gdy słaby róż utrzymuje się przez minutę, w roztworze jest dokładnie tyle ługu, ile potrzeba do zobojętnienia kwasu. Wtedy:

• % NaOH = 62,46 × kwas cytrynowy (g) ÷ dodany wodorotlenek sodu (g)
• % KOH = 87,61 × kwas cytrynowy (g) ÷ dodany wodorotlenek potasu (g)

Wpisz wynik jako czystość w kalkulatorze, który dzieli przez nią zapotrzebowanie na czysty ług, tak jak zaleca Dunn.

Ciepło i obchodzenie się z ługiem

Wodorotlenek potasu wydziela przy rozpuszczaniu więcej ciepła: 57,61 kJ na mol czystego ciała stałego wobec 44,51 kJ dla wodorotlenku sodu (CRC Handbook), więc ta sama zdolność zmydlania w postaci KOH uwalnia mniej więcej o 30 % więcej ciepła. Fisher zauważa, że roztwór KOH reaguje gwałtowniej i w dzbanku może brzmieć, jakby wrzał. Obie zasady działają żrąco na skórę i oczy, a wszystko, co jest w poradniku o bezpiecznej pracy z ługiem, dotyczy każdej z nich. Wodną stronę roztworu, łącznie z tym, jak mocny może być, omawia poradnik o wodzie i stężeniu ługu.