pH mydła: jaka wartość jest normalna i jak sprawdzić kostkę na wolny ług

Mydło to sól kwasu tłuszczowego i mocnej zasady, a w wodzie każda taka sól nadaje wodzie odczyn zasadowy. Dlatego dobrze zrobiona kostka nigdy nie wykaże odczynu obojętnego, a samo wysokie pH niczego nie dowodzi. Tak naprawdę chcesz wiedzieć, czy kostka zawiera wolny ług, czyli wodorotlenek sodu, który nie znalazł oleju, z którym mógłby przereagować. Ten poradnik wyjaśnia, jaki odczyt jest normalny, dlaczego pH słabo mierzy wolny ług i co każdy ze zwykłych domowych testów może, a czego nie może ci powiedzieć.

Dlaczego każde prawdziwe mydło jest zasadowe

Cząsteczka mydła to kwas tłuszczowy, w którym kwasowy atom wodoru zastąpiono sodem, a w mydle potasowym (miękkim) potasem. Kwasy tłuszczowe są słabymi kwasami, a wodorotlenek sodu mocną zasadą, więc w wodzie niewielka część mydła odbiera wodzie atom wodoru, znów staje się kwasem tłuszczowym i zostawia jon wodorotlenkowy. Ten wodorotlenek sprawia, że woda z mydłem jest zasadowa, i jest obecny nawet w idealnie zrobionej kostce, w której nie ma w ogóle wolnego ługu.

Jak bardzo zasadowe, zależy od kwasów tłuszczowych. Dłuższe łańcuchy w wodzie układają się ciasno obok siebie, a tak upakowane mocniej trzymają ten wodór, więc ich mydła chętniej odbierają go wodzie i dają wyższy odczyt; każde wiązanie podwójne w łańcuchu nieco ten odczyt obniża. Różnice nie są małe.

Wartości, które Kevin Dunn przedstawił w 2015 roku dla roztworów 1 % czystych mydeł bez wolnego ługu, na podstawie pomiarów pKa kwasów tłuszczowych wykonanych przez Kanicky’ego i Shaha.

Dojrzała kostka daje odczyt nieco niższy niż te czyste mydła, a większość mieści się między 9 a 10. Gdy Tarun i współpracownicy zbadali 64 mydła toaletowe w postaci roztworów 1 %, 53 z nich miały pH od 9,01 do 10. Kostki Dunna robione na zimno z wiekiem obniżały odczyt, nawet zamknięte w woreczku: mydło z oliwy z 11,4 do 10,3, palmowe z 10,3 do 10,2, kokosowe z 10,1 do 9,9, a rycynowe zostało przy 9,5. Spodziewaj się więc, że dobrze zrobiona kostka będzie mieć pH około 9 do 10, a kostka głównie z oliwy lub innego długołańcuchowego tłuszczu wyląduje przy górnej granicy tego zakresu albo trochę powyżej. Mydła ze sklepu różnią się bardziej: w brazylijskim badaniu Mendesa i współpracowników większość kostek dla dzieci miała pH powyżej 10, aż do 11,55, a kostki antybakteryjne od 10,28 do 11,34. Powierzchnia samej skóry ma pH około 5,5.

Dlaczego mydło nie może mieć obojętnego pH

Żeby obniżyć pH mydła do 7, trzeba by zamienić większość z niego z powrotem w kwas tłuszczowy, który nie rozpuszcza się już i nie pieni jak mydło. Dunn próbował łagodniejszych sposobów na gotowych kostkach robionych na zimno, przechowując kawałki w dwutlenku węgla i nad octem. Najwięcej dał ocet, a i tak obniżył pH mydła z oliwy tylko do 9,9, a mydła rycynowego do 8,8. Jego wniosek: mydło robione na zimno jest bardzo odporne na zmiany pH.

Kostki sprzedawane jako „o zrównoważonym pH” albo „pH 5,5” to syndety, czyli syntetyczne detergenty, takie jak Sodium Cocoyl Isethionate; w badaniu Mendesa kostka syndetowa miała pH 5,81, a syndety w płynie od 5,30 do 7,36. Według przepisów USA (21 CFR 701.20) nie są one „soap”, bo to słowo zarezerwowano dla produktów, których masa i działanie myjące pochodzą od alkalicznych soli kwasów tłuszczowych. Jeśli chcesz kostkę o niskim pH, kalkulator syndetów ułoży jej recepturę; mydło robione na zimno tam nie dojdzie.

Wysokie pH to nie to samo co wolny ług

Normy dotyczące mydła mówią to na swój sposób: ograniczają wolne alkalia, a nie pH. Wschodnioafrykańska norma dla mydła toaletowego dopuszcza na przykład najwyżej 0,1 % wolnych alkaliów żrących w przeliczeniu na wodorotlenek sodu, oznaczanych według ISO 456, i 0,2 % całkowitych wolnych alkaliów w przeliczeniu na tlenek sodu, oznaczanych według ISO 684, i nie stawia żadnego wymogu co do pH.

Powód jest taki, że pH słabo reaguje na ilości, które mają znaczenie. Classic Bells, opierając się na książce Dunna, szacuje, że nadmiar ługu wynoszący 1 część na tysiąc podnosi pH mydła o około 0,3, a duży nadmiar wynoszący 5 części na tysiąc o około 0,7. Porównaj to z tabelą powyżej: idealne mydło z oliwy ma odczyt o 1,5 jednostki wyższy niż idealne mydło z oleju rycynowego. Kostka z dużą ilością oleju rycynowego i z pewną ilością wolnego ługu może mieć niższy odczyt niż bezbłędne mydło kastylijskie.

Przetłuszczenie też niewiele zmienia w odczycie. Wolny olej leży obok mydła i niczego nie zobojętnia; pH mydła wyznaczają kwasy tłuszczowe, z których je zrobiono. A biały nalot sodowy, który może pojawić się na powierzchni kostki, to węglan sodu, sam w sobie zasadowy (ISO 684 wlicza go do całkowitych wolnych alkaliów), dlatego każdy test należy robić na świeżo przeciętej powierzchni.

Jest jeden odczyt, który sam w sobie coś znaczy. Żadne czyste mydło w tabeli Dunna nie dochodzi do 12, więc roztwór 1 %, który pokazuje 12 lub więcej, zawiera wolne alkalia. Reguła Watson dla pasków się z tym zgadza: powyżej 12 nie używaj mydła, nie dotykaj go gołymi rękami i przetop je albo się go pozbądź.

Jak prawidłowo mierzyć pH

Jeśli w ogóle mierzysz pH, rób to tak, by wyniki dało się porównać:

1. Przygotuj roztwór 1 %. Rozpuść 1 g mydła, zeskrobanego z wnętrza kostki, w 99 g wody destylowanej, przegotowanej i ostudzonej. Gotowanie usuwa dwutlenek węgla, który inaczej obniżyłby odczyt; z tego samego powodu standardowy przewodnik laboratoryjny, ASTM D1172, zaleca świeżo przegotowaną wodę i stałą temperaturę.
2. Poczekaj, aż mydło całkowicie się rozpuści. Grupa Taruna zostawiała roztwory na 24 godziny przed pomiarem.
3. Jeśli możesz, użyj pH-metru. Przed każdą serią pomiarów skalibruj go roztworami buforowymi o pH 7 i pH 10 i mierz w temperaturze pokojowej.
4. Porównuj podobne z podobnym. Odczyt najwięcej mówi obok sprawdzonej, dobrej kostki z tego samego przepisu, zbadanej w ten sam sposób.

Paski testowe to mniej precyzyjne narzędzie. Według Watson potrzebny jest zakres co najmniej od 7 do 11, co wyklucza paski do basenu, akwarium i śliny. Classic Bells podaje, że tanie paski często zaniżają odczyt mydła o 2 do 3 jednostek, a nawet dobre rozróżniają tylko pół jednostki. Paski mogą wykazać kostkę z dużym nadmiarem ługu; nie odróżnią łagodnej kostki od takiej z niewielkim nadmiarem ługu.

Test z fenoloftaleiną

Fenoloftaleina to wskaźnik kwasowo-zasadowy: bezbarwna w roztworach kwasowych i obojętnych, różowieje, gdy pH rośnie od 8,2 do około 9,8. Mydlarze trzymają ją jako roztwór 1 % w alkoholu i nanoszą kroplę na świeżo przeciętą powierzchnię kostki.

Ponieważ roztwór dobrze zrobionego mydła ma pH około 9 do 10, czyli powyżej punktu, w którym wskaźnik zaczyna zmieniać barwę, kropla na wilgotnej kostce często blado różowieje nawet wtedy, gdy wolnego ługu nie ma, zwłaszcza na młodym mydle, które zawiera jeszcze dużo wody. Niepokoić powinna natychmiastowa, intensywna magenta, a przede wszystkim taka, która pojawia się tylko w plamach lub smugach: tak wygląda wolny ług albo jego kieszeń.

Fenoloftaleina na świeżych przekrojach. Blady róż, który pojawia się powoli, widać też na dobrze zrobionym mydle; natychmiastowa, intensywna magenta wymaga sprawdzenia.

Laboratorium uzyskuje jaśniejszą odpowiedź, zmieniając rozpuszczalnik. Rozpuszczone w alkoholu zamiast w wodzie mydło prawie nie rozkłada się z powrotem na kwas tłuszczowy i wodorotlenek, więc wskaźnik reaguje tylko na wolne alkalia. Tak działa metoda normowa: ISO 456 rozpuszcza mydło w zobojętnionym etanolu i miareczkuje wolne alkalia żrące kwasem. Dunn stosował tę samą zasadę w swoich badaniach i większość jego dojrzałych kostek okazała się w ogóle nie zawierać wolnych alkaliów, a jedynie śladową ilość wolnego kwasu tłuszczowego.

Na kostce test kroplowy nie powie ci, ile jest wolnych alkaliów, nie odróżni wodorotlenku od węglanu i nic nie powie o kieszeni, której nóż nie przeciął. Intensywne barwniki w mydle mogą go zamaskować. A w silnie zasadowym środowisku róż powoli blednie, bo wskaźnik przechodzi w bezbarwną postać, w reakcji, której przebieg studenci chemii mierzą na zajęciach, więc odczytuj kolor od razu.

Test językiem

Test językiem (ang. zap test) to dawny sposób sprawdzania wolnego ługu na wyczucie: zwilża się opuszek palca, pociera nim kostkę i dotyka opuszkiem języka. Wolny ług daje natychmiastowe ostre ukłucie, często porównywane do dotknięcia baterii językiem, zupełnie niepodobne do zwykłego gorzkiego smaku mydła. Nie polecamy go, podobnie jak Watson, która nazywa próbowanie mydła „mydlarską wersją rosyjskiej ruletki”.

W najlepszym razie pokazuje duży nadmiar wolnych alkaliów w miejscu, z którego pobrano próbkę. Nie pokaże małego nadmiaru, ilości ani niczego o reszcie kostki. Jest subiektywny i daje fałszywe alarmy: związki z olejku cynamonowego, goździkowego, gaultheriowego i gorczycowego oraz z imbiru pobudzają TRPA1, jeden z receptorów odpowiedzialnych za uczucie pieczenia, więc kostka z takim zapachem może szczypać z powodów, które nie mają nic wspólnego z ługiem.

Kiedy testować

Testuj, gdy reakcja się zakończy. W badaniach Dunna, przy mydle utrzymywanym w cieple przez pierwsze cztery godziny, większość zmydlania kończyła się w ciągu 24 godzin, a Faiola, powołując się na jego pracę, ocenia, że w kolejnych tygodniach zachodzi najwyżej 3 % reakcji. W kostce badanej pierwszego dnia reakcja wciąż jeszcze trwa, więc zanim ją ocenisz, daj jej dwa lub trzy dni, jak radzi Classic Bells.

Dojrzewanie nie sprawia, że mydło staje się obojętne: w doświadczeniach Dunna z przechowywaniem kostki trzymane w zamknięciu lub na powietrzu pozostały powyżej pH 9, a tygodnie dojrzewania to głównie odparowywanie wody z kostki, jak wyjaśnia poradnik o dojrzewaniu. Dojrzewanie pozwala jednak zaniknąć niewielkiemu nadmiarowi wolnego ługu. W mydle palmowym Dunna zrobionym z małą ilością wody wolne alkalia na dnie kostki spadły w ciągu 60 dni z 4,9 do 0,9 części na tysiąc. Dlatego młodą kostkę, która w teście wypada silnie zasadowo, warto sprawdzić ponownie za kilka tygodni, jak sugeruje Classic Bells. Kieszenie ługu i duże błędy w ważeniu to inna sprawa.

Gdy partia ma nadmiar ługu

Objawy są równie często fizyczne co chemiczne: przezroczysty płyn w kieszeniach lub wyciekający z kostki, białe ziarniste kryształki, twarda, kredowa lub krucha warstwa pod oleistą, natychmiastowa magenta po fenoloftaleinie albo roztwór 1 %, który pokazuje 12 lub więcej. Najpierw sprawdź prawdopodobne przyczyny w samym przepisie, bo to one decydują o sposobie naprawy: wodorotlenek sodu odważony według wartości dla wodorotlenku potasu (patrz poradnik o NaOH i KOH), niewłaściwa czystość, źle odczytana waga albo olej pominięty przy ważeniu.

Stężała kostka z kieszeniami płynu nie nadaje się do ratowania. Ług w kieszeniach jest stężony i nierównomiernie rozłożony, a Faiola radzi pozbyć się partii: w rękawicach pozwól mydłu stwardnieć tak bardzo, jak się da, dobrze je zapakuj i wyrzuć z odpadami komunalnymi zgodnie z lokalnymi przepisami. (Masę, która rozwarstwia się, póki jest jeszcze miękka, można czasem z powrotem połączyć, gotując ją metodą na gorąco; opisuje to poradnik o rozwiązywaniu problemów.)

Partię z równomiernym nadmiarem ługu, wynikającym z błędu ważenia, który da się wyrazić liczbą, można przetopić z dodatkowym olejem, z którym wolny ług przereaguje. Obliczenia zrobi kalkulator. Wpisz oleje, których faktycznie użyto, w gramach, ustaw żądane przetłuszczenie, a potem dodaj wiersz z olejem i zwiększaj jego ilość, aż wodorotlenek sodu w kalkulatorze zrówna się z tym, co faktycznie odważono. Przypuśćmy, że 1000 g kostki z 40 % oliwy, 30 % oleju kokosowego i 30 % oleju palmowego zrobiono ze 160 g wodorotlenku sodu zamiast 144,1 g: mydło ma przetłuszczenie −5,5 %. Dodanie 123,4 g oliwy podczas przetapiania podnosi wartość z kalkulatora przy 5 % do 160,0 g, więc tyle oleju potrzeba do ratunku; 61,3 g doprowadziłoby przetłuszczenie tylko do zera.

Olej musi przereagować, więc starte mydło i olej podgrzewa się razem z odrobiną wody i gotuje jak w metodzie na gorąco, a potem nakłada do formy, zostawia na kilka dni i testuje ponownie. Metodę opisuje poradnik o przetapianiu. Jeśli nie wiesz, ile ługu trafiło do partii, nie ma z czego liczyć: laboratorium może zmierzyć wolne alkalia metodą ISO, a w przeciwnym razie najlepiej pozbyć się partii.