Práctica para hacer Jabones. Quimica

Objetivos de la práctica

El objetivo fundamental de esta práctica es sintetizar jabón y también detergente a partir de sustancias químicas conocidas.
Analizar las propiedades emulsionantes del detergente y del jabon común.
Analizar el comportamiento de los jabones obtenidos relacionado con el cambio en la tensión superficial del agua y el accionar del mismo en presencia de agua dura.

Fundamento teórico

Claramente fueron necesarios para el desarrollo de la práctica y fundamentalmente de toda la experiencia una serie de lineamientos teóricos que se han adquirido a lo largo del curso y que se pretendieron sintetizar en este pequeño proyecto.
Los lípidos son moléculas orgánicas presentes en la naturaleza cumpliendo variadas funciones: como la de reserva energética, composición de las membranas celulares, composición de hormonas, etc. Es justamente su composición química la que les permite cumplir con dichas funciones. Los lípidos están constituidos por: carbono, hidrogeno y oxigeno, organizándose estos en diferentes formas, entre ellas los ácidos grasos que constituyen las unidades lipídicas más simples. Presentan un esqueleto carbonado todo hidrogenado al que en un extremo se le une un grupo carboxilo. Así el número de carbonos de la cadena determinara qué ácido graso es en cuestión. Se pueden distinguir en su estructura, una zona polar que se corresponde con el extremo en el que se encuentra el grupo carboxilo y una zona apolar que se corresponde con la cadena carbonatada.
Los ácidos grasos que se requieren para la fabricación del jabón se obtienen de los aceites de sebo, grasa y pescado, mientras que los aceites vegetales se obtienen, por ejemplo, del aceite de coco, de oliva, de palma, de soja o de maíz.
Las grasas y aceites utilizados para la producción industrial del jabón son compuestos de glicerina y un ácido graso, como el ácido palmítico o el esteárico.

Cuando estos compuestos se tratan con una solución acuosa de una base fuerte, como el hidróxido de sodio, en un proceso denominado saponificación se descomponen formando glicerina y sal sódica del acido graso.
El jabón químicamente se obtiene a partir de grasa animal, vegetal o aceite lo que se hace reaccionar con una base muy fuerte como por ejemplo la NaOH a muy alta temperatura, revolviéndose hasta obtener como producto una pasta de color blanco que químicamente se corresponde una con molécula de glicerol y una sal de sodio de los ácidos grasos utilizados en el proceso. Ese producto es el jabón.
Práctica para hacer Jabones. Quimica
Los ácidos grasos más convenientes para sintetizar jabón son el láurico, el mirístico, el palmítico y el oleico, que contienen de 12 a 18 carbonos. Estos son saturados, excepto el oleico, forman la mayor parte de la materia del sebo y del aceite de coco.
Los jabones duros se fabrican con aceites y grasas que contienen un elevado porcentaje de ácidos saturados, que se saponifican con el hidróxido de sodio. Los jabones blandos son jabones semifluidos que se producen con aceite de lino, aceite de semilla de algodón y aceite de pescado.
El sebo que se emplea en la fabricación del jabón es de calidades distintas, desde la más baja del sebo obtenido de los desperdicios (utilizada en jabones baratos) hasta sebos comestibles que se usan para jabones finos de tocador.
Si se utiliza sólo sebo, se consigue un jabón que es demasiado duro y demasiado insoluble como para proporcionar la espuma suficiente, y es necesario, por tanto, mezclarlo con aceite de coco.
Los jabones transparentes contienen normalmente aceite de ricino, aceite de coco de alto grado y sebo. El jabón fino de tocador que se fabrica con aceite de oliva de alto grado de acidez se conoce como jabón de Castilla. El jabón para afeitar o rasurar es un jabón ligero de potasio y sodio, que contiene ácido esteárico y proporciona una espuma duradera. La crema de afeitar es una pasta que se produce mediante la combinación de jabón de afeitar y aceite de coco.
El funcionamiento de los jabones ha sido motivo de desarrollo de varias teorías, que apuntan a describir el funcionamiento del jabón en presencia de agua. La teoría expuesta por McBain expresa que la capacidad de limpieza de los jabones radica en su capacidad de solubilizar o dispersar los materiales insolubles en agua, mediante la formación de unos agregados microscópicos que ya hemos mencionado: las Micelas.
La concentración de jabón utilizada para la limpieza es suficiente como para producir una aglomeración de micelas, las cuales se originan en presencia de agua y como resultado de un reordenamiento de las moléculas grasas, ya que las cabezas polares hidrofilicas quedan expuestas al agua, mientras que las colas apolares hidrofobicas interaccionan entre sí hacia el centro de micela y con los restos lipídicos que pueda tener la mancha. Estas tienen un papel muy importante en la eliminación de la suciedad y en mantener en supleción las partículas de mugre.
Jabones
Lo que sucede en presencia de agua dura (agua con altas concentraciones de Ca2+ y Mg2+), los jabones se convierten en sus sales cálcicas o magnésicas insolubles, formando un residuo. Esta deficiencia que presenta el jabón en cuanto a su modo de actuar hizo que se replanteara la síntesis de otras sustancias que actuaran sin importar los iones que estuvieran disueltos en el agua. Como respuesta a ello los químicos desarrollaron los detergentes.
Los detergentes para quitar la suciedad disminuyen la tensión superficial del agua, de tal forma que las moléculas de agua tienen menos afinidad entre ellas y más afinidad por la mugre. Por ello en presencia de detergente y agua la mugre comienza a desprenderse de la superficie para pasar a interaccionar con el agua. Por lo tanto los detergentes contribuyen a la penetración del agua en la mancha, emulsificación de la mugre, dispersión, solubilización y formación de la espuma.
La síntesis de un detergente se realiza pensando en el tipo de agua en que se va a utilizar, ya que la cantidad de agente secuestrante que este posea irá en función del calcio contenido en el agua, con el fin de que formar un quelato que lo mantenga secuestrado y evitar así sus posibles interferencias. Cuando el calcio no está formando el quelato, causa una turbidez.
No obstante la mayoría de los detergentes son contaminantes, debido a que no pueden ser naturalmente degradados por microorganismos. Este poder contaminante se distingue fundamentalmente en los vegetales acuáticos (en los que disminuye su capacidad de realizar fotosíntesis) y en los peces produciendo lesiones a nivel de las branquias provocando problemas respiratorios.
Pero en los últimos tiempos gracias a los crecientes avances tecnológicos se han desarrollado un nuevo tipo de detergentes que son Biodegradables. Este tipo de detergente tiene un impacto mucho menor que los otros, producto de que pueden ser simplificados por microorganismos, convirtiéndolos en sustancias que no son nocivas para el medio ambiente.
Por ello los reactivos elegidos y fundamentalmente el acido sulfónico son los protagonistas de la síntesis de los detergentes. Los ácidos sinfónicos son una clase de ácidos orgánicos lo que los hace biodegradables. Los ácidos sulfónicos tienen la tendencia única de unirse a proteínas y carbohidratos fuertemente; muchos tintes "lavables" son ácidos sulfónicos por esta razón. También son usados como catalizadores e intermediarios para un gran número de productos diferentes. Los ácidos sulfónicos y sus sales sulfonato son ampliamente usados en diversos productos, tales como detergentes, drogas anti-bacteriales.
Los ácidos sulfónicos libres tiene muy poco uso; las sales sódicas de ácidos sulfónicos aromáticos son importantes detergentes sintéticos, como los sulfonatos de calcio, magnesio y de hierro son solubles en agua, esos detergentes son tan buenos en agua dura como en agua blanda. Los detergentes sintéticos que se usaban en mayor cantidad antes d 1966 eran las sales sódicas de ácidos sulfónicos aromáticos que tiene cadenas laterales de alquilos intensamente ramificados, esto trajo como problema; que las ramas ramificadas no se destruyen por microorganismos, lo que acordaron convertirlos en cadenas rectas de sulfatos o sulfonato de alquilo biodegradable. Los jabones de superficie activa, sulfatos y sulfonato pertenecen a la clase de surfactantes anionicos debido a que su actividad reside en el anión.

Materiales y reactivos
Para la primera experiencia los reactivos utilizados son:
•Solución hidroalcoholica de NaOH.
•Aceite de coco
-Los materiales utilizados en esta experiencia son:
•Probeta de 25 ml
•Probeta de 15 ml
•Vaso de Bohemia
•Cápsula
•Mechero
•Espátula
•Varilla de metal
Para la segunda experiencia los reactivos utilizados son:
•Solución de NaOH 1,0 M
•Urea
•Ácido sulfónico
•Rojo de metilo
-Los materiales utilizados en esta experiencia son:
•Tubos de ensayo
•Vaso de Bohemia
•Gotero
Para la tercera experiencia se utilizaron los jabones obtenidos en las experiencias anteriores, colocándose una mezcla de agua jabonosa en un tubo de ensayo (agua y jabón), una mezcla de detergente y agua y por ultimo solo agua. Utilizándose 6 tubos de ensayos para la experiencia en total.
Se utilizaron para esta experiencia además los siguientes reactivos:
•Aceite comestible.
•Azufre en polvo.
•Catión Ca2+.

Métodos

Actividad 1: Obtención del jabón.
Primero medir 15mL de solución hidroalcohólica de hidróxido de sodio, colocar en un vaso de bohemia mediano y luego calentar la solución hasta que ésta esté tibia. Después medimos 9mL de aceite de coco y lo se agrega lentamente en el vaso de bohemia, agitando rápida y continuamente. Continuar calentando con llama baja y siempre agitando en forma continua, hasta formar una especie de pasta.
Nota: Se pueden también agregar esencias, colorantes o verter la pasta en moldes.

Actividad 2: Obtención del detergente.
Primero medir 10mL de solución acuosa de hidróxido de sodio 1 molar (que en caso de no tener preparala) y verterla en un tubo de ensayo. Agregar luego en el mismo aproximadamente 1 gramo de urea (manipulándola con mucho cuidado) y agitar hasta que esta se diluya totalmente. Por otra parte se colocó en un vaso de bohemia chico aproximadamente 20 gotas de ácido sulfónico y luego una gota de rojo de metilo y agitar. Adicionar luego por goteo y agitando 5 gotas de la solución acuosa de hidróxido de sodio y urea, continuando agregando la solución básica (siempre por goteo y agitando) hasta observar un cambio de color.
Actividad 3: Estudio comparativo de las propiedades del jabón y detergente.
Lo primero que se hizo fue obtener agua jabonosa agregando un poco del jabón en un vaso de bohemia y luego adicionando un volumen de agua de aproximadamente 50 ml. También se agrego al detergente que se obtuvo en la actividad 2 agua hasta que alcance un volumen de más o menos 50 ml.
Se colocaron en tres tubos de ensayo agua jabonosa, en otros tres, solución acuosa de detergente y en los otros tres, agua.

Actividad 3.1: Acción emulsionante.
Agregar una gota de aceite comestible a uno de los tubos que contiene agua jabonosa, al que contiene detergente y a uno de los que tiene agua, respectivamente.
Agitar y observar después de un tiempo.
Se registraron los resultados en un cuadro de valores.

Actividad 3.2: Acción Humectante (estudio del efecto sobre la tensión superficial del agua.)
Dejamos caer una pequeña cantidad de azufre en polvo sobre la superficie de cada uno de los tres tubos conteniendo: agua jabonosa, solución de detergente y agua.
Se registraron los resultados y otras observaciones en el cuadro de valores.

Actividad 3.3: Efecto del ión calcio
Usar los dos tubos que contienen agua jabonosa y solución acuosa de detergente. Agitar y luego agregar una gota de solución acuosa de catión Ca2+ en cada tubo.
Registrar las observaciones en el cuadro.

Resultados

Como resultado de la experiencia Nº 1:
Se puede establecer que por la consistencia de la pasta obtenida, su coloración y a su vez la espuma generada en presencia de agua que el producto de la experiencia es jabón.
No obstante surgieron ciertos contratiempos en el momento de la experiencia; el mechero no funcionaba correctamente lo que hizo que la mezcla se calentara demasiado, además posiblemente en la primer experiencia se hayan utilizo materiales que no estaban adecuadamente limpios, algo que no se advirtió a simple vista antes de realizar la experiencia
Como resultado de la experiencia Nº2:
Una vez realizado el procedimiento antes estipulado podemos afirmar que lo obtenido en apariencia, por su comportamiento en presencia de agua es detergente.
En esta experiencia se suscitaron pequeños problemas ya que no se produjo un cambio en la coloración de la mezcla que se predecía. Esto pudo haber sucedido por que los reactivos utilizados quizás no tenían la calidad necesaria y porque además se dio un pequeño derrame que se pudo subsanar pero que hubiera sido un motivo para realizar nuevamente la experiencia algo que no sucedió por razones de tiempo.
Resultado de la experiencia Nº3:
En esta experiencia se desarrollaron paralelamente otras experiencias, cuyos resultados serán expresados en forma de tabla.

-Experiencia 3.1
En esta experiencia se colocaron en un tubo de ensayo agua jabonosa, en otro agua con detergente y en el tercero solamente agua. A cada uno se le agrego unas gotas de aceite y se observaron los siguientes resultados:

Contenido del
tubo de ensayoObservaciones al agregar el aceite

Agua jabonosaSe emulsionó
Agua con detergenteNo se emulsionó
AguaNo se emulsionó

-Experiencia 3.2
En esta experiencia también se utilizaron tres tubos de ensayo, colocándose en cada uno las mismas sustancias que en la experiencia anterior, solo que en lugar de agregársele aceite se le agregó azufre en polvo. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:
Contenido del
tubo de ensayoObservaciones después de agregar azufre en polvo
Agua jabonosaDeja caer el polvo pero ofrece cierta resistencia.
Agua con detergenteLo deja caer ofreciendo menos resistencia que el anterior
AguaNo lo deja caer




-Experiencia 3.3
En esta experiencia se colocaron también tres tubos de ensayo con agua jabonosa, con agua con detergente y con agua. A cada uno se le agregó en esta oportunidad el ion de Ca2+ (ac).

Contenido del
tubo de ensayoObservaciones al agregar
ion Ca2+ (ac)
Agua jabonosaForma un precipitado. Compuesto que se genera con el ion y el jabón
Agua con detergenteSe forma el mismo complejo pero en menor medida
AguaSe disuelve completamente.








Conclusiones

En esta experiencia y basándonos en los objetivos podemos concluir fundamentalmente las siguientes afirmaciones:

En la primera experiencia tuvimos algunos errores a la hora de concretar la síntesis del jabón ya que inicialmente no se obtuvieron los resultados esperados producto de que la consistencia de la pasta formada no parecía ser la adecuada. Posiblemente este resultado inicial se debió a que alguna de las sustancias utilizadas no estaban con la pureza necesaria o quizás el mechero no proporciono el calor necesario.Este problema fue solucionado en el segundo intento obteniendo una mejor consistencia en el producto de la primera.

En la segunda experiencia obtuvimos sin problemas el jabón liquido con la salvedad de que tuvimos un pequeño derrame que fue subsanado en un segundo intento. No obstante no observamos un cambio en la coloración de la mezcla como se predijo, aunque posteriormente se observo que el producto obtenido actuaba como un detergente.

En la tercera experiencia tenemos varias conclusiones a considerar producto de que dentro de ella se realizaron paralelamente varias experiencias todas abocadas a tratar de determinar las propiedades de acción del jabón y detergente obtenidos en las experiencias anteriores:

-En la experiencia 3.1 se pudo observar como el jabón obtenido funcionó, emulsionando el aceite vegetal que le agregamos, por otra parte en el caso del detergente el aceite no se emulsionó, ello se debe fundamentalmente a que el detergente tiene una acción diferente al jabón que actúa con las micelas directamente sobre la grasa. El detergente lo único que hace es cambiar la tensión superficial del agua haciendo que esta interactúe más con la grasa que consigo misma, por ello no se observo un gran cambio. En el caso del tubo que tenia agua con aceite lo único que pudimos observar naturalmente fue la separación del aceite con respecto del agua, ubicándose el mismo en la parte superior y el agua por debajo demostrándose de este modo que el aceite es menos denso que el agua y observándose además el carácter hidrofóbico de los lípidos.

-En la experiencia 3.2 se observó como los jabones (tanto el jabón como el detergente) actúan modificando en mayor o menor medida la tensión superficial del agua. Ya que en el primer tubo que contenía agua jabonosa se detecto al colocar el polvo de azufre una mayor resistencia a caer al fondo del tubo por parte del mismo. En el tubo con detergente la resistencia a la caída del azufre en polvo fue aun mayor, no olvidemos que su accionar está basado justamente en un cambio en la tensión superficial del agua. Esto nos demuestra como ambos jabones modificaron la tensión superficial del agua: que es una manifestación de las fuerzas intermoleculares de los líquidos y permite que ciertos objetos e incluso insectos, no se hundan. Lo contrario sucedió en el tubo en que había únicamente agua, ya que el azufre permaneció flotando en la superficie producto de esta propiedad del agua.

-En la experiencia 3.3 se procedió a colocar en el agua Ca2+ lo que produjo que se formara lo que comúnmente llamamos “agua dura” (ya que posee sales de calcio en este caso). Al formarse esta agua lo que se produjo fue que en presencia de este tipo de agua los jabones no actúan por que en lugar de organizarse como ya hemos expuesto en micelas los componentes del jabón forman un precipitado con el calcio que es una sal insoluble, siendo ineficaces en la limpieza. Lo mismo sucede en el detergente pero en menor medida ya que los detergentes si funcionan en agua dura, y en el agua el Ca2+ simplemente se disuelve.





Bibliografía
Disponibles desde:
•[http://es.wikipedia.org/wiki/Jab%C3%B3n]
•[http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Curiosid/RC-46/Rc-46.htm]
•[http://es.wikipedia.org/wiki/Detergente]
Mortimer “Química”, et al. (1996) Grupo Editorial América.
Brown, Theodore, et al. (2009) “Química: la ciencia central” Undécima edición, Editorial Prentice Hall.

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6 comentarios - Práctica para hacer Jabones. Quimica

@designJSL -1
No leii nada :$ ja un consejo , no pongas mucho texto pone videos o imagenes
@vdarwin
bueno tu tema...soy estudiante de ing quimica sabes me toco sustentar el tema de proceso de elaboracion de jabon a nivel industrial quisas puedas ayudarme de antemano gracias
@emetin
Excelente, muy bien armado y redactado (explicación simple y clara) y muy exacto como debe ser un informe. Me sirvio mucho, saludos.