Zelf zeep maken

Verzeping: zelf zeep maken

1.Wat is zeep?
Zeep is, technisch gesproken, een mix van zouten van vetzuren die wordt gemaakt van vetten. De vetten worden behandeld (gehydroliseerd) met een sterk alkalisch product, zoals kaliumhydroxide. Hierdoor ontstaat de klassieke zeep. Door contact met het water komen de zeepmoleculen los die één water-oplosbaar uiteinde hebben, en één vet oplosbaar uiteinde. Hierdoor is zeep in staat een ‘brug’ te vormen tussen water en vet, twee substanties die elkaar normaal gesproken afstoten. Hierdoor is het mogelijk dat vet en vuil van de opperhuid kunnen worden losgemaakt en worden weggespoeld met het waswater. Vooral bij gebruik van warm water is de ontvetting van de huid optimaal.

2.Uitvoering zeep maken
Voorbereiding: 100 ml 5 mol/l NaOH-oplossing


10 g olie afwegen

Verzadigde NaCl-oplossing maken

Ethanol

CaCl

Na3PO4

Materiaal: Kleine beker 100 ml

WWB: beker van 400 ml op elektrische plaat, half gevuld met water dat wordt verwarmd

Thermometer

Roerstaaf

Berekeningen: Gegevens: c = 5mol/l V = 100 ml = 0.1 l M = 39.9971 g/mol

Gevraagd: m van NaOH?

Oplossing: n = C*V = 5 mol/l*0.1 l= 0.5 mol

m = n*M = 0.5 mol*39.9971 g/mol = 19.99855 g

Antwoord: we hebben +/- 19.99 g NaOH nodig

NaOH:
R35: veroorzaakt ernstige brandwonden
S1/2: achter slot en buiten bereik van kinderen bewaren
S26: bij aanraking met de ogen onmiddellijk overvloedig met water spoelen en een specialist raadplegen
S37/39: Draag geschikte beschermende kledij en een beschermingmiddel voor de ogen

S45: In geval van ongeval of indien men zich onwel voelt, onmiddellijk arts raadplegen

Ethanol:
R11: licht ontvlambaar
S9: op een geventileerde plaats bewaren
S16: verwijderd houden van ontstekingsbronnen, niet roken
S33: maatregelen treffen tegen ontladingen van statische energie
S51: uitsluitend op goed geventileerde plaatsen gebruiken

Na3PO4:
R36: irriterend voor de ogen
S22: stof niet inademen
S24: aanraking met de huid vermijden

Gebruik labojas en veiligheidsbril!!


Doel:
We willen zelf zeep maken en die daarna vergelijken met de detergenten die we kopen in de winkels. We gaan vooral de schuimvorming bij beide zepen met elkaar vergelijken.


Werkwijze:
We gaan uizouten (zie Opzoeken) en filtreren: scheidingstechniek op basis van verschil in deeltjesgrote. De stof met de grootste deeltjes blijft achter op het filtreerpapier: het filtraat (de zeep). In een kleine beker van 100 ml brengen we 10 g olie en 5 ml ethanol (95%). We lengen aan met gedistilleerd water. We moeten beide stoffen zeer goed mengen! We verwarmen het mengsel in een WWB. De temperatuur van het mengsel moet 75°C zijn. Het is belangrijk dat we blijven roeren, maar niet te geweldig zodat de inhoud niet overspat. We voegen in 5 keer (om de 2 min 2 ml) 10 ml NaOH-oplossing toe. Het mengsel wordt warmgehouden en we blijven roeren tot de verzeping beëindigd is. Ter controle brengen we enkele druppels van het mengsel in warm water. We moeten dan een heldere oplossing zien. Vervolgens koelen we het af onder een waterstraal.

Dit is de reactievergelijking die we een saponificatie reactie noemen: C55H98O6 + NaOH --> C3H5(OH)3 + 3 R-COONa



Verklaring:
Bij het verwarmen in OH- midden worden vetten afgebroken tot glycerol en vetzuren. Na- en K- zouten van vetzuren zijn natuurlijke zepen.


Uitzouten:
Hiermee wordt de zeep afgescheiden. We voegen 25 ml verzadigde NaCl-oplossing toe. We roeren goed (rustig) en laten het dan staan. Er volgt een scheiding tussen een vaste bovenlaag (=de zeep) en een vloeibare onderlaag. We filtreren het geheel en laten de zeep drogen in de filter. De fase van het uitzouten herhalen we 2 keer.


VERGELIJKING ZEEP EN DETERGENT

B.1 ZEEP
We brengen zeep (0.15g) in een erlenmeyer van 100 ml en voegen gedestilleerd water (10 ml toe). We sluiten af met een kurk en schudden gedurende 15 seconden. We laten het 30 seconden staan en observeren de schuimvorming. We voegen 4% CaCl-oplossing toe en schudden nogmaals gedurende 15 seconden. We observeren het effect van de CaCl op het schuim. We voegen dan ook nog Na3PO4 (1 g) toe en schudden opnieuw gedurende 15 seconden. We laten het nogmaals 30 seconden staan en observeren opnieuw.We waren nog niet toe aan deze stap. Onze zeep was namelijk nog aan het filtreren. Volgende week volgen de waarnemingen.


B.2 DETERGENT
Idem als bij de zeep, we voegen enkel de Na3PO4 (1 g) niet toe.

OPZOEKEN
De naam zeep komt volgens een oude Romeinse legende van de berg Sapo. Op die berg werden dieren geofferd. Door de regen spoelde een mengeling van gesmolten dierlijk vet en houtas in kleioever van de Tiber. Vrouwen merkten dat deze kleimengeling de was met minder inspanning schoner maakte. Uit fresco’s, die in Pompei zijn teruggevonden, blijkt dat het wassen een belangrijk gegeven was voor de Romeinen. Wassen gebeurde niet thuis, tenminste toch niet bij de meer gegoede Romeinen. Alle wasactiviteiten werden uitgevoerd door de vollers (“fullones”) inpublieke wasruimten– het equivalent van de hedendaagse wasserette. De grote werkruimtenvan de vollers hadden een aantal zaken gemeen. Ze omvatten een grote ruimte met zeergrote kuipen in de vloer, die onderling waren verbonden. In deze kuipen werden de kleren in de week gezet en gereinigd. Langs drie kanten van de ruimte stonden perskommen; deze waren meestal gemaakt van terracotta; vaak ging het om de onderste helft van een dolium (voorraadpot). Hier werd het materiaal verder schoongemaakt door arbeiders die op de kleren “sprongen” of “dansten” (de zogenaamde ‘saltus fullonicus’; Seneca, Epistulae 15,4), daarbij steunend op de muurtjes aan beide kanten. Er werden wasmiddelen gebruikt, zoals de creta fullonica (vollersaarde), die in kleine kommen was opgeslagen. De vollersaarde hielp het vet verwijderen en liet de kleuren beter tot hun recht komen. De urine, die werd verzameld in publieke urinoirs, werd gebruikt om te bleken. Ook zwavel werd daarvoor gebruikt; de zwavel werd verbrand onder een houten kader waarover het stuk stof werd opgehangen. Na het persen keerde het materiaal weer terug naar de kuipen om de wasmiddelen eruit te verwijderen. De “gilden” of organisaties van de volders hadden veel macht. Kleren werden gereinigd door erop te trappen (vollen) in stenen kommen gevuld met klei en ammoniakwater. Na een eerste spoeling, werden de kommen opnieuw gevuld en werden de kleren nog eens gespoeld. Voor het drogen maakte men gebruik van klokvormige kaders uit draad waaronder zwavel werd verbrand. Het was ongezond werken in de Romeinse wasserijen: de arbeiders werden voortdurend blootgesteld aan vervuilde, stinkende lucht en hun huid kwam voortdurend in aanraking met de chemicaliën in het water. Bijgevolg was de kans dat de arbeiders een beroepsziekte opliepen zeer groot.

Het homogeen mengsel dat ontstaan is nadat de verzeping is voltooid, het mengsel van zeep, glycerol en water noemt men zeeplijm. Het scheiden van de zeep van de glycerol en de eventueel aanwezige verontreinigingen heet uitzouten. We maken hier gebruik van de omstandigheid dat zeep onoplosbaar is een geconcentreerde keukenzoutoplossing (pekel). Als aan de zeeplijm pekel wordt toegevoegd ontstaat een bovenlaag van voornamelijk zeep en water en een onderlaag van glycerol, zout en water.


Detergentia (waaronder ook de zepen vallen) bestaan uit lange moleculen waarvan we gemakshalve zeggen dat ze een kop en een staart hebben. De kop is polair en zit daarom graag in water (dat ook polair is) terwijl de staart apolair is en daarom juist niet graag in water zit. Men spreekt ook wel van hydrofiel (zit graag in het water) en hydrofoob (zit juist niet graag in water). Het kenmerk van deze stoffen is dus dat ze bij voorkeur op het grensvlak van niet-mengbare stoffen gaan zitten (bv olie/water). De staart hangt dan in de apolaire stof (de olie) terwijl de kop in het polaire water hangt. Men noemt deze stoffen dan ook wel oppervlakte actieve stoffen en in het engels surfactants.

Chemisch gezien kunnen we bovenstaand gedrag op verschillende manieren voor elkaar krijgen. Voor het apolaire deel (R) volstaat het om een lange alkaanketen ter beschikking te hebben {(CH2)n}. Bij de polaire kop heeft men echter meer mogelijkheden. Men spreekt van anionische detergentia indien deze kop negatief geladen (bv R-SO3- of R-COO-) is en kationische detergentia indien deze positief geladen is.

Het contact met water kan op twee manieren plaatsvinden omdat het watermolecuul een dipoolmoment (een zwakke ladingsverdeling) bezit ( de O is - en de H's zijn +). Bij anionische detergentia zal het water rond de kop dus voornamelijk via's de H's uitgelijnd zijn.

Pure zeep (bijv. natriumstearaat) maakt goed schoon, maar heeft een hoge pH-waarde (is basisch) en kan hierdoor oppervlakken (huid, kleding) beschadigen. Om dit te voorkomen worden vaak mengsels van zeep met andere (niet-ionogene) oppervlakte actieve stoffen gebruikt (alcoholen, polyethyleenglycolen, tetraalkylammonium zouten). Deze laatste zijn (nagenoeg) neutraal in oplossing maar verlagen de oppervlaktespanning van het water ook, en verhogen hiermee de schoonmaakkracht er van. De wasmiddelen van tegenwoordig bevatten hiernaast vaak ook enzymen die in staat zijn tot het (gedeeltelijk) afbreken van vetten en eiwitten. De meeste schoonmaakmiddelen zijn dus eigenlijk geen pure zeep meer en de waskracht is van een heleboel andere toevoegingen afhankelijk.

Detergentia verlagen de oppervlaktespanning door zich aan het oppervlak te concentreren. Deze verlaging is de basis voor de werking van wasmiddelen. De oppervlaktespanning wordt ongeveer net zo groot als die van vet en vuil waardoor deze verontreinigingen in het waswater kunnen worden opgenomen. De lange koolwaterstofketens van de zeepmoleculen of -ionen zijn slecht oplosbaar in water (ze zijn hydrofoob). Ze kunnen hun energie verlagen door met de lucht naar het oppervlak te bewegen. Daar is schuimvorming een mogelijkheid om het grensvlak vloeistof-lucht te vergroten. De warmtebeweging van de moleculen heeft echter de neiging ze uniform door de oplossing te verspreiden. Er ontstaat dan een evenwicht waarbij de concentratie van zeepmoleculen aan het oppervlak groter is dan in de bulk.

Zeepmoleculen zijn anorganische detergentia waarbij het hydrofiele deel meestal aan carboxylaat groep is (COO-). Bij moderne wasmiddelen is het meestal een sulfonaatgroep (SO3-). Doordat de hydrofobe staart meer affiniteit heeft met het (apolaire) vet wordt het vetdeeltje volledig ingekapseld door de zeepstaarten. Er ontstaat een micel. Een micel is een vetbolletje dat door de naar buiten gerichte hydrofiele groepen oplosbaar in water is geworden.

Oliën en vetten zijn esters van glycerol (1,2,3-propaantriol) en vetzuren (carbonzuren met lange koolstofketens). Vetten zijn vast en oliën zijn vloeibaar. Aangezien de meeste oliën en vetten tri-esters van glycerol zijn worden ze ook wel triglyceriden genoemd.