сапуна

Въведение

Всеки ден общите ни дейности ни свързват с този химикал и трябва само да знаем, че той се използва за почистване, че обикновено има приятна миризма и че формите му могат да варират. Имаме обаче малко информация относно химичния му състав. Тази статия се позовава на това как през цялата история ролята на сапуна е била важна за развитието на нови технологии, произтичащи от глобалните нужди на обществото. Въздействието на търсенето на този продукт се наблюдава при методите, използвани за производството му. Химията зад този продукт отговаря на няколко неизвестни: Как действа сапунът? Защо мехурче? Защо да почиствате? От къде идва? Защо техните различни презентации? Едно и също сапун и перилен препарат?


Всичко започва с мазнини от животински произход или растителни масла, които се трансформират в сапуни. Не става въпрос за магия: Това се нарича химия и включва много проста реакция, наречена осапуняване (WADE, 2004). Сапунът съдържа натриевите или калиевите соли на мастните киселини, продуктът от сместа на мастното тяло (триглицериди с алкална основа, която може да бъде натриев или калиев хидроксид).

Как прави сапун?

Сякаш е батерия с положителни и отрицателни полюси, молекулата на сапуна също има два края с различен афинитет.

Фигура 2 представлява молекула сапун. В червено главата със заряд е подобна на вода, тъй като те са с подобна полярност. Синята верига, наречена липофилна, е свързана с мазнините и отблъсква водата (CLAYDEN, 2005). Поради тази структура сапунът има двоен афинитет към полярността на другите молекули и може да бъде ориентиран според средата, в която се намира.

Чували ли сме някога фразата „Ти и аз сме като масло и вода, никога не можем да бъдем заедно“. Много силни думи. Вероятно всеки, който използва този израз, не знае химията на сапуна, който може да намали повърхностното напрежение и заедно с това да създаде емулгиращ ефект, който е нещо много близо до смесването.

Във вода сапунът образува между 100 и 200 мицели; т.е. асоциации или конгломерати от молекули, които ориентират главите си със заряд към повърхността на молекулния агрегат, докато алифатните вериги остават навътре. Мицелата е енергийно стабилна частица, тъй като заредените групи са свързани с нискоенергийни водородни връзки с околните молекули на водата, докато мастноподобните групи са ориентирани към вътрешността на мицелата и взаимодействат с други групи с подобни характеристики.

Сапуните се почистват поради различния афинитет на краищата на техните молекули. Мазната мръсотия не се отстранява лесно само с вода, която я отблъсква, защото е неразтворима в нея. Въпреки това, сапунът има дълга незаредена алифатна или въглеводородна верига, която взаимодейства с мазнината, разтваряйки я, докато заредената област е обърната навън, образувайки капчици. След като повърхността на мастната капчица е покрита от множество молекули сапун, се образува мицела с малка капчица мазнина вътре. Тази капка мазнина лесно се диспергира във водата, тъй като е покрита от главите със заряд или карбоксилатни аниони на сапуна, както се вижда на фигура 3. Получената смес от две неразтворими фази (вода и мазнини), с диспергирана фаза в другата под формата на малки капки, се нарича емулсия. Следователно се казва, че мазнината е била емулгирана от сапунения разтвор. По този начин, в процеса на измиване със сапун, мазнината се отстранява с водата за измиване.

Историческа справка


Фигура 4. Шумерска таблица, взета от http://www.cosmeticanatural100x100.es/breve-historia-del-jabon-primera-parte/ Сапунът заема съществено място в обществото днес. Той привлича със своя аромат, текстура и мехурчета, атрибути, които определят специалната употреба, която му е била дадена от първите цивилизации. Въпреки че точната дата, на която е изготвен за първи път, не може да се уточни, има индикации, че той е бил използван още през 2500 г. пр. Н. Е. Шумерите, според клиновидна глинена плочка, са използвали вещество, приготвено чрез смесване на вода, алкали и акациево масло за измиване на вълна (SPITZ, 2010). Смята се, че думата сапун, от латински saponem, идва от планината Сапо, където са били жертвани животни, чиито мазнини, разтопени, са били влачени заедно с пепелта и калта до бреговете на Тибър (WILCOX, 2000).

Папирусът Ebers, медицински трактат от 1500 г. пр. Н. Е., Поддържа, че египтяните са използвали сапун като мехлем за лечение на кожни инфекции (BARDINET, 1995); освен това усъвършенстваха производството си, като смесваха животински мазнини и растителни масла, алкални соли и пепел, ако искаха пенесто вещество. По времето на Набонидо (556-539 г. пр. Н. Е.) Във Вавилон, той е приготвен със сусамово масло, пепел и кипарис, въпреки че е използван за измиване на повърхности (LEVEY, 1958). За евреите банята означаваше и духовно прочистване: книгата на Йеремия (627 г. пр. Н. Е.) Съдържа еврейската дума bôrîth, което означава „алкален зеленчук“, което вероятно е смес от местни растения, изгорени за получаване на сапунено съединение (QUEEN и VALERA, 1960; SPITZ, 2010).


Фигура 5. Измиване на косата в мексиканските общности.
Фигура 6. Корен на растението Xiuhamolli. Жителите на доиспанската Америка имали обичай за ежедневно къпане и често пране на дрехите си. За това те използваха два входа: за пране на дрехи, коренът на растението сапун Xiuhamolli, което съдържа сапонини, които произвеждат пяна (SAHAGÚN, 1577); и кората и плодовете на Copalxocotl, за измиване на тялото и косата (CRUZ, 1552). Дори днес екстрактът от кората се използва за лечение на проказа (ESCOBEDO, 2013). По същия начин хората от древен Китай произвеждали сапун на растителна основа и го използвали за лично почистване, процес, по-известен като „измиване на бобовите растения“. По-късно те добавят билки и го използват козметично (SCHAFER, 1956).

Египетската формула за сапун се използва и от гърци и римляни, които я правят чрез варене на мазнини и масла с алкали от пепел и вар (SPITZ, 2004). Къпането за тях обаче беше социален и здравен проблем. За прочистване на тялото те са използвали зехтин вместо сапун (ASHENBURG, 2007). Това беше до 2 век след Христа. които започнаха да го използват за лично къпане, в резултат на колонизация, която ги накара да приемат използването и производството му (SPITZ, 2004). В Европа сапунът е преустановяван от векове за лично почистване поради някои вярвания, произхождащи от Черната смърт, повтарящи се през Средновековието. Векове по-късно „сапунът от Марсилия“ (Франция) стана широко разпространен в различни средиземноморски региони, като Савона, Италия и Кастилия, Испания (SPITZ, 2010). Това е направено със зехтин и смес от растения, наречена барила, която осигурява алкалите, като се има предвид богатството му с натриеви, калциеви и калиеви карбонати, и е в изобилие в региона. По този начин в средата на 17 век френското правителство регулира пазара на сапун в Марсилия и предлага правила, които изключват животинските мазнини.

През цялата история различни цивилизации са използвали различни съставки за направата на сапун: мастна субстанция, независимо дали е от растителен или животински произход, и алкал, или дървесна, или растителна пепел, богата на натриеви или калиеви карбонати. Това е началото на най-старата реакция, осапуняване.

Индустриализация на сапуни

През 1795 г. сапунът от Марсилия започва да се индустриализира благодарение на научната работа на Никола Леблан през 1787 г., който получава алкали от морска сол и въглища с топлина. През 1783 г. Шееле открива сладко вещество, наречено от него lsus, днес известно като "глицерин", чрез кипене на зехтин с оловен оксид. Тази работа накара френския химик Юджийн Шеврел да обясни осапуняването: след като установи структурата на триглицеридите, той потвърди, че сапунът е металната сол на трите мастни киселини (SPITZ, 2010). Тези открития революционизираха сапунената индустрия, която беше в голямо търсене след Втората световна война. През този период хората осъзнават важността на използването на сапун, защото това спасява живота на много войници. От друга страна, културата на хигиена доведе до намаляване на детската смърт.

Химията на производството на сапун е много проста. Както знаем, сапуните са натриеви или калиеви соли на мастни киселини, главно наситени, но също и ненаситени, които съдържат вериги от 10 до 18 въглеродни атома. Източникът на тези мастни киселини винаги е естествена смес от триглицериди, които съставляват мазнини от животински произход или растителни масла (SPITZ, 2010). Повечето производители използват директно мазнини или масла. Производственият процес може да бъде чрез директна неутрализация на сместа от мастни киселини или от мазнини или масла чрез алкална хидролиза, първоначално наречена осапуняване (Фигура 7).

За направата на сапуни чрез неутрализиране на мастни киселини е необходима предварителната хидролиза на триглицеридите. Много успешен търговски процес от началото на 20-ти век се нарича Twitchell, който се състои в нагряване на емулсия от мазнини или масла с 25-30% вода, катализираща хидролизата чрез нагряване с пара за 24-48 часа в присъствието на 0,5 % сярна киселина и 1,25% от катализатора Twitchell (TWITCHELL, 1906), фазов трансфер. В този процес се използва отворен реактор.

Процесът за хидролиза на мазнини или масла, който изисква много по-кратко време за реакция, отколкото Twitchell, е реакция под налягане, която използва цинков прах като катализатор (BRAUN, 1963). Процесите на термична хидролиза при 230-240 ° C също са проектирани в периодични, полунепрекъснати и непрекъснати реактори (NANDEV, 1988).

Един от най-използваните днес методи за приготвяне на сапуни е така нареченото „осапуняване“, което се състои, както илюстрираме на фигура 1, в нагряване на мазнината или маслото с концентрирани разтвори на натриев или калиев хидроксид, с които мастните киселини произвеждат по време на хидролиза реагирайте незабавно с алкали, за да произведете директно сместа от натриеви или калиеви соли на мастни киселини (TWITCHELL, 1906).

Този сапун, ще ми помогне ли?

Както знаем, не всяка вода съдържа еднакви количества електролити и минерали. Сапуните не работят правилно в твърда или кисела вода. Известна е като твърда вода, която съдържа поливалентни йони като калций, магнезий или желязо. Водата за домашна консумация често съдържа тези йони. Въпреки че тази богата на минерали вода е годна за пиене, йоните и сапунът образуват неразтворими соли, наречени твърда водна пяна. Следващото уравнение представлява реакцията на сапун с калциев йон, елемент, богат на вода, който е бил в контакт с скали, богати на минерали от този метал.

От друга страна, когато сапунът влезе в контакт с кисела вода, възниква реакция, наречена хидролиза: сапунът има тенденция отново да придобива водород и заедно с това осигурява съответната мастна киселина, която плава на повърхността под формата на утайка. мазна или кисела пяна.

Сапуни или препарати?

Има ли разлика между сапун и препарат? Както знаем, сапунът идва от осапуняването на животинска мазнина или растително масло и алкал. Като молекули като цяло, те са карбоксилати на натрий в твърдите сапуни или на калий в меките. Вместо това детергентите се считат за синтетични повърхностноактивни вещества и могат да бъдат соли на сулфонови киселини, кватернерни амониеви соли или нейоногенни или цвиттерионни повърхностноактивни вещества. И двете са повърхностноактивни вещества или повърхностноактивни вещества, тъй като в разтвор те са склонни да намалят ъгъла на контакт между две фази и по този начин да повлияят на повърхностното напрежение на водата за постигане на почистващ ефект. Те се получават чрез различни химични реакции. Например, сулфониране, сулфатиране, неутрализация, кватернизация, алкоксилиране, наред с други (STEPAN, 2014).

Течният сапун често се получава чрез осапуняване на масла или мазнини с високо съдържание на олеинова киселина и пропорционална смес от натриев и калиев хидроксид. Резултатът е продукт с тъмен цвят и силна миризма. Установено е, че при използване на мастни киселини с по-голяма дължина на веригата и саркозинова киселина се получава течен сапун с по-добър аромат и цвят, но процесът е много скъп (WILCOX, 2000). Поради това течните почистващи препарати за ръце на пазара всъщност са повърхностноактивни вещества, които потребителите бъркат с течни сапуни. Мехурчестите вани, течният шампоан за тяло и антибактериалните средства за ръце, наред с други, също принадлежат към този клас. Иновациите в химията на повърхностноактивните вещества могат да бъдат много.


Биоразградимост

Важно свойство на сапуните, в сравнение с детергентите, е тяхната биоразградимост. По време на Втората световна война, поради необходимостта от получаване на сапуни, разтворими в морска вода, започва производството на детергенти. С увеличаването на търсенето се появиха много евтини перилни препарати, произведени от петролни съединения: алкилбензенсулфанати (ABS). След повече от десетилетие на много високи нива на продажби, пяната започна да се появява в отпадъчните води, а в някои региони дори в питейната вода, тъй като микроорганизмите не разграждат лесно разклонените молекули на ABS.

Биоразградимите детергенти, химически наречени линейни алкилсулфонати (LAS), съдържат линейни въглеродни вериги, лесно разграждащи се от микроорганизми, които произвеждат ензими, които разграждат блоковите вериги две по две. В случай на детергенти от ABS, това ензимно действие се блокира от клоните (HILL, 2000).

Небиоразградимостта на детергентите създаде голям натиск по целия свят, което доведе до дискусия по този въпрос и формулиране на законодателство, което ще изисква производителите в производството на сапун и детергенти да тестват биоразградимостта на своите продукти. В Мексико почти 100% от производството на сапун и детергенти произвежда биоразградими детергенти, използвайки подходящата суровина: линеен и неразклонен додецилбензен (INE, 2007).

Технологични приложения

Заключения

Сапунът е много просто полусинтетично съединение, резултат от химическа реакция на мазнини или масла. Той допринесе не само за подобряване на качеството на живот на човешкия вид, но и за спасяването на много животи. Той също така вдъхнови химиците да разработят повърхностноактивни вещества, които имат безброй приложения, от производството на храни до подобрената екстракция на масло.

Библиография

ABUD, Леда. Книгата за сапуни. Буенос Айрес: Албатрос, 1-ви. изд. 2004, стр. 4-5.

АШЕНБУРГ, Катрин. "Социалната баня гърци и римляни". Мръсотията върху чистотата: несанизирана история. САЩ: Vintage Canada, 2007, стр. 13, 32.

БАРДИНЕТ, Тиери (превод). Les papyrus medicaux de l'Égypte pharaonique. Париж: Фаярд, 1995.
БИБЛИЯ, Йеремия 22: 2. Превод на Рейна Валера, 1960 г.

BRAUN, Karl, "Производство на сапуни." В ръководствата на UTEHA. Мексико, 1963 г.

CLAYDEN Джонатан, органична химия. Оксфорд:. Oxford University Press, 1-во издание, 2001.

CRUZ, Мартин де ла. „Билка от ацтеките: класическият кодекс от 1552 г.“. Превод и коментар от Уилям Г., Въведение от Брус Б. Ню Йорк: Публикации в Дувър, 2000.

ЕСКОБЕДО, Уенди. Изследване на анти-Helicobacter pylori, защитен и противовъзпалителен потенциал на Cyrtocarpa procera, докторска дисертация по биомедицински науки, Медицински факултет, Национален автономен университет в Мексико, 2013 г.

ГУИЛЕН, Федро Карлос. Национален институт по екология. Петнадесет години екологични политики в Мексико. Мексико: INE-SEMARNAT, 1-ви. изд., 2007, с. 83.

HILL, John William, KOLB, Doris K. Химия за новото хилядолетие. Мексико: зала Прентис, 8а. изд., 1999, с. 488.

ДЖОНС, Джефри. "Чистота и цивилизация". Beauty Imagined: История на глобалната индустрия за красота. Ню Йорк: Oxford University Press, 2010, стр. 13, 32.

ЛЕВИ, Мартин. "Гипс, сол и сода в древната месопотамска химическа технология ”. Чикагски списания. 1958, кн. 49, бр. 3, стр. 336-342.

NAMDEV, P. D., PATIL, T. A., RAGHUNATHAN, T. S., и SHANKAR, H. S. "Термична хидролиза на растителни масла и мазнини 3. Анализ на алтернативи за проектиране". Ind. Eng. Chem. Res. 1988, том. 27, стр. 739-743.

SAHAGÚN, Bernardino de, Обща история на нещата от Нова Испания от Fray Bernardino de Sahagún: Флорентинският кодекс, 1577 г. [Онлайн] http://www.wdl.org/es/item/10096/#q=c% C3 % B3dice + florentino & qla = es, [Консултация: април 2014 г.]

SCHAFER, Едуард Х. "Развитието на обичаите за къпане в древен и средновековен Китай и историята на Floriate Clear Palace." Вестник на Американското ориенталско общество. 1956, кн. 76, бр. 2 стр. 57-82.

СПИЦ, Луис. Технология на производство на сапуни. Хайленд Парк, Илинойс: AOCS Press, 2010, стр. 13-33, 307-311.

-----„Историята на сапуните и детергентите“. Sodeopec: Сапуни, детергенти, олеохимикали и продукти за лична хигиена. Шампанско: AOCS Press, 2004, стр. 1-2.

TWITCHELL, Е. "Реагент в химията на мазнините." J. Am. Chem. Soc.1906, том. 28, стр. 196.
WADE, Leroy, Organic Chemistry, Мадрид: Pearson Education, 2004, p. 1162-1168.

WILCOX, Майкъл, "Сапун." Poucher’s Парфюми, козметика и сапуни. 10 изд. Великобритания: Kluwer Academic Publishers, 2000, стр. 453-465.