PRÁCTICA Nº 9

PRÁCTICA Nº 9

OBTENCIÓN DE JABÓN POR SAPONIFICACIÓN

INTRODUCCIÓN.

La preparación del jabón es una de las más antiguas reacciones químicas conocidas. Durante siglos la elaboración de jabones fue una tarea casera empleándose para ello cenizas vegetales y grasas animales o vegetales. Posteriormente se sustituyó la ceniza por álcalis.

Las grasas y aceites son esteres formados por un alcohol más un ácido. Las sustancias grasas se descomponen al tratarlas con una disolución acuosa de álcalis (sosa sódica o potásica) produciéndose una reacción química denominada saponificación.

La fabricación de productos químicos por medio de procesos que utilizan grasas y aceites representa sólo una fracción pequeña de la producción total de compuestos químicos, no obstante estos procesos juegan un papel importante y, en algunos casos, indispensable. Aunque el campo principal de aplicación de las grasas y aceites se encuentra en la industria alimentaria, desde un punto de vista industrial la principal aplicación de grasas y aceites se centra en la fabricación de jabones.

Las grasas y aceites se obtienen a partir de fuentes animales y vegetales. Están constituidos por triglicéridos, que son triésteres de la glicerina (1,2,3-propanotriol) con tres ácidos carboxílicos denominados ácidos grasos. La mayoría de los triglicéridos son mixtos; es decir, 2 ó 3 de sus ácidos grasos son diferentes. En la Tabla se dan los ácidos grasos más importantes constituyentes de los triglicéridos.

Ácido graso: Nombre (nº de C) y Estructura	Especie en que se encuentra
Láurico (C12): CH3(CH2)10COOH	coco y semillas de palma
Mirístico (C14): CH3(CH2)12COOH	nuez moscada, coco y semillas de palma
Palmítico (C16): CH3(CH2)14COOH	animales y casi todos los aceites vegetales
Esteárico (C18): CH3(CH2)16COOH	animales, cacao y casi todos los aceites vegetales
Araquídico (C20): CH3(CH2)18COOH	cacahuete
Palmitoleico (C16): CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH	animales y vegetales
Oleico (C18): CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH	aceituna y almendra
Linoleico (C18): CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH	aceituna, girasol, soja
Linolénico (C18): CH3CH2 (CH=CHCH2)3(CH2)6COOH	lino
Araquidónico (C20): CH3(CH2)4(CH=CHCH2)3CH=CH(CH2)3COOH	vegetales
Erúcico (C22): CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11COOH	colza, uva

Salvo raras excepciones, los ácidos grasos naturales tienen un número par de átomos de carbono, ya que su biosíntesis se produce por unión de grupos acetilo. Los ácidos grasos insaturados naturales son generalmente isómeros cis.

El jabón es la sal de sodio o de potasio (éster metálico o carboxilato) que deriva de un ácido graso, aunque pueden utilizarse otros metales.

La característica principal del jabón es la presencia en la molécula de dos zonas de distinta polaridad: una hidrófila (o lipófoba) y otra lipófila (o hidrófoba). La zona hidrófila se localiza en torno al grupo carboxilo que está fuertemente polarizado y además forma puentes de hidrógeno con las moléculas de agua. La zona lipófila es muy poco polar y corresponde a la cadena hidrocarbonada.

Así, debido a su doble carácter hidrófilo-lipófilo (anfifílico) las moléculas de jabón poseen la propiedad de solubilizar moléculas polares y no polares. Además, del hecho de su doble afinidad, las moléculas de jabón muestran una fuerte tendencia a migrar a las interfases, de forma tal, que su grupo polar se encuentre dentro del agua y su grupo apolar se encuentre orientado hacia un medio apolar como el aire o la grasa, tal y como se observa en la figura. Debido a esta orientación las moléculas de jabón tienen la propiedad de disminuir la tensión superficial en una interfase aire-agua o grasa-agua; y por ello reciben el nombre de sustancias tensoactivas.

    

Como consecuencia de esta disminución de la tensión superficial los jabones tienen las siguientes propiedades:

- poder detergenteo capacidad para eliminar la suciedad  y la grasa de una superficie (piel, tejido etc.);

- poder emulgenteo capacidad para producir dispersiones coloidales de grasa en medio acuoso o de agua en medio de grasa;

- poder espumógeno que da lugar a la formación de espuma y

- actividad mojante que hace que el agua impregne una superficie de forma homogénea.

El poder detergente del jabón se debe a que la cadena hidrocarbonada, lipófila, disuelve las gotas de grasa, responsables de la suciedad, y la parte polar, hidrófila, arrastra las gotas de grasa, solubilizando el conjunto en agua y arrancando la suciedad de la superficie manchada.

El jabón se obtiene por reacción de grasas animales o de aceites vegetales con una base fuerte como la sosa, NaOH, o la potasa, KOH, aunque pueden utilizarse otras bases. Este proceso, que da lugar a la hidrólisis de los grupos éster del triglicérido, recibe el nombre de saponificación. Como resultado se obtiene una molécula de glicerina (líquido) y tres moléculas de ácidos carboxílicos (los ácidos grasos).

A su vez, estos ácidos grasos reaccionan con la sosa produciendo tres ésteres de sodio o jabones. La adición de una disolución de cloruro de sodio (sal común) favorece la precipitación del jabón. Para la fabricación de jabones se utilizan triglicéridos cuyos ácidos grasos tienen de 12 a 18 átomos de carbono

Una de las desventajas del jabón es que resulta un limpiador ineficaz en aguas duras. Llamamos así a las de alto contenido en sales de magnesio, calcio y hierro. Cuando se usa un jabón en aguas duras se forman las sales de los ácidos carboxílicos con dichos cationes, que son insolubles y precipitan en forma de coágulos o grumos. Por el contrario, en aguas blandas el jabón es un adecuado agente limpiador.

Para evitar estos inconvenientes se suele añadir al jabón sustancias que ablanden el agua. El carbonato de potasio y el fosfato de sodio precipitan los iones magnesio, calcio, etc., en forma de carbonato y fosfato insolubles. Desgraciadamente, estos precipitados pueden alojarse en los tejidos dándole un color grisáceo. Por este motivo los jabones se utilizan para el aseo personal fundamentalmente, mientras que para el lavado de la ropa se usan los detergentes que no presentan este inconveniente. A pesar de todo, el jabón presenta dos ventajas importantes; se obtiene de materias primas  naturales y es completamente biodegradable. Los microorganismos son capaces de metabolizar las moléculas lineales de jabón transformándolas en agua y dióxido de carbono.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Objetivos

      Obtener un jabón por reacción de un aceite vegetal con una base fuerte, como el hidróxido de sodio.

Materiales

      3 vasos de precipitados de 250 ml

      Mechero de alcohol

      Probeta de 50 ml

      Hornilla eléctrica

      Soporte universal

      2 Pinzas de sujeción metálicos

      Rejilla de alambre con tela de asbesto

      Balanza

      Agitador

      Hidróxido de sodio (NaOH)

      Aceite vegetal

      Agua destilada

      Papel filtro

      Sal común

Para que la saponificación se produzca es necesario agitar la mezcla de la grasa con la sosa. Si la sosa es sódica (hidróxido de sodio) se obtiene un jabón sólido y duro, si es potásica (hidróxido potásico) el jabón que se obtiene es blando o líquido (cremas jabonosas como las de afeitar).

Una vez producida la saponificación se sala la mezcla para separar el jabón de la glicerina, se sigue con un proceso de cocción, de amasado, enfriamiento y secado lento.

Los jabones industriales suelen contener además diferentes productos químicos y aditivos, como fosfatos, agentes espumantes o blanqueantes con el fin de incrementar su función limpiadora.

Según el tipo de grasa utilizado, el proceso de fabricación seguido y los aditivos empleados se obtienen jabones de diferentes calidades.

Los jabones son sales sódicas o potásicas de ácidos grasos superiores (que contienen 12 o más átomos de carbono). Sus moléculas están constituidas por dos partes, una apolar, formada por una cadena larga carbonada, como si fuera una cola, que es neutra y repele el agua (hidrófoba) pero atrae a la grasa (liposoluble). La otra parte, la cabeza, es polar y está formada por un extremo iónico cargado eléctricamente que es afín al agua (hidrófila).

Desarrollo de la práctica:

      Coloque 15 ml de aceite vegetal (coco, girasol, oliva, etc.) en un vaso de precipitados.

      Añada una mezcla de 10 gr de NaOH en 20 ml de agua y 20 ml de etanol.

      Caliente la mezcla en baño maría durante 30 minutos agitando constantemente y agregando poco a poco 40 ml de una mezcla etanol-agua al 50%.

      En otro vaso preparar una disolución de 50 gr de NaCl (sal común) en 150 ml de agua, si es necesario se debe calentar para favorecer la disolución, pero se debe enfriar antes de continuar.

      La grasa saponificada se agrega sobre esta disolución agitando fuertemente y enfriando en un baño de hielo.

      Filtrar el precipitado formado en un embudo y lavarlo con agua helada.

      El jabón obtenido se coloca en un molde y de deja secar uno o dos días.

CUESTIONARIO

      ¿Por qué agrega etanol en la saponificación?

      ¿Qué pasaría si la cantidad de alcohol no fuera suficiente?

      ¿Cómo se determina que el proceso de saponificación concluyó?

      ¿Para qué se agrega sal?

      Investigue cuáles son las ventajas de usar un jabón en lugar de un detergente que no sea biodegradable.

GLOSARIO

Discutir y anotar el significado de los siguientes términos: saponificación, jabón, detergente, ácidos grasos, hidrófoba, hidrófila, liposoluble y biodegradable.

BIBLIOGRAFIA

Oliver C. 2012;”Guía laboratorio de química orgánica”. Universidad Mayor de San Andrés. La Paz- Bolivia.

LARA, C. 2012; ”Manual de prácticas de laboratorio de química orgánica”. Universidad Mayor de San Andrés. La Paz- Bolivia.

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MORALES Y. 2010;  “Manual de experiencias de química Orgánica”.  La Paz-Bolivia. s.e.