Vegyi Ipar és Kereskedelem, 1939 (1. évfolyam, 1-3. szám)
1939-08-25 / 1. szám
VEGYI IPAR ÉS KERESKEDELEM Reakciósebesség a szappanosításnál Irta: Haskó Lajos oki. vegyészmérnök Eszterek elszappanosítási sebességének törvényeit a kémiai kinetika megállapította. Homogén közegben (oldatban), az eszterek szappanosodása a tömeghatás törvénye értelmében fodik le. E szerint a szappanosodás sebességét a következő képlettel fejezhetjük ki: vk. Ci- c2 hol v a szappanosodás sebessége, k állandó (mely ugyanazon oldatnál és hőmérsékletnél azonos szám , cL és c2 a lu/, i le ő eg eszter mindenkori koncentrációja. Látjuk tehát, hogy a szappanosodás annál gyorsabb, minél nagyobb a reakcióban résztvevő lúg és eszter koncentrációjának a szorzata. A sebesség a szappanosodás előrehaladásával csökken, mert a lúg és eszter koncentrációja a szappanosodás folytán kisebb lett. A szappanosodás végül oly lassú lesz, hogy gyakorlati idő alatt ha a llug és eszter egyenértékű mennyiségben vannak jelen , tökéletes szappanosodást nem érhetünk el. Ha az eszter teljes elszappanosítása a célunk, akkor lúgfelesleget kell alkalmaznunk, miáltal a két koncentráció szorzatát és így a reakció sebességét is növeljük. A képlet k állandóját a rendszer egyéb irányú érintetlensége mellett megváltoztathatjuk a hőkésékes möré.Hátával. Az érdek szerint 10 C° hőmérséklet emelkedéssel az állandó, tehát a reakciósebesség is két-háromszorosára emelkedik. Ez a törvény a zsírok gyakorlati elszappanosítására csak mint alapvető gondolat alkalmazható. A szappanfőzésnél sok, a fentiekben számításba nem vett tényezőt kell tekintetbe venni. A zsír sem vízben, sem lúg vizes oldatában nem oldható, tehát a szappanfőzésnél nem homogén, hanem heterogén rendszernél van dolgunk. A természetes zsírok nem egységes vegyületek, hanem különféle zsírsavak gliceridjei, tehát az üstben különféle észterek szappanosodása folyik egyidejűleg. A glicerin három vegyértékű alkohol lévén, egy glicerin molekulához három zsírsav molekula kapcsolódik, melyek a szappanosítással szemben különböző módon viselkedhetnek. A szappanosítás folyamata alatt képződött szappanra, mint kolloidra a rendszerben levő lúg mint elektrolit hat. A gyakorlati szappanfőzésnél egyetlen állandónak vehető tényező a hőmérsékre’, mert a szappanosítás ideje alatt az üst tartalma állandóan forrásban van. Ha az említett sok számításba nem vehető körülmény folytán a gyakorlati szappanfőzés elszappanosításának menete képletben nem is fejezhető ki, mégis rendszerbe fog- s a ható, melyen belül a szappanosodási sebességet figyelemmel kísérhetjük. A szokásos szappanfőzési eljárásnál a szappanosítás három fázisát láthatjuk: szappanosodás emulzióban, szappanosodás enyvben és szappanosodás befejezése. A szappanosítást híg lúggal indítjuk meg. A főzés elején szemmel láthatólag heterogén tömeg mozog az üstben. A szappanosodás a zsír és lúgoldat érintkező felületén indul meg. A képződött szappan feloldódik a vizes oldalban és tisztává vált zsírfelületek ismét érintkezhetnek a lúgoldattal és a folyamat megismétlődik. A szappan oldása csak akkor lehetséges, ha a lúgoldat koncentrációja kisebb, mint a felfőzött zsír határlug-koncentrációja. Ha a lug ennél nagyobb koncentrációjú, akkor az érintkezési felületen képződött szappan kisózódik és a zsír és lúgoldat érintkezését gátolja. De oldatba kell menni a képződött szappannak egyéb okból is. A kezdetben képződött szappan az üstben levő zsírra emulgátorként hat és ez mind kisebb és kisebb golyócskákra oszlik és ezáltal a zsírés lúgoldat érintkezési felülete és vele együtt a szappanosodás sebessége is megsokszorozódik. Kellő mennyiségű szappan képződése után az üst tartalma tejszerűvé válik, emulzió képződik. Fontos, hogy az emulzióban a zsírszemcsék nagysága minél finomabb legyen. Ebből a szempontból is hátrányos a magas lúgkoncentráció, ami — mint minden elektrolit — az emulzió képződést hátráltatja. A képződött emulzióban a szappanosodás már gyorsabb, mind több szappan képződik, az üst tartalma sötétedik, hogy enyvszerű folyadékba menjen át. Ezzel befejeződött a szappanosodás első fázisa, mely alatt a körülményekhez mérten a zsírnak 10—20 százaléka alakult át szappanná. Az „enyv“-ben most már nagy sebességgel folyik a szappanosodás második fázisa úgy, hogy néhány percalatt a zsír legnagyobb része átalakul szappanná. McKain vizsgálatai szerint az enyvben történő gyors elszappanosodás sebessége körülbelül állandó. Régi felfogás szerint ez a nagy reakciósebesség finom emulzió képződésnek a következménye. E. L. Smith bizonyította be először, hogy a zsírok koncentrált szappanoldatban oldhatók. Ezek az oldatok átlátszóak és bennük zsírszemek mikroszkópon sem láthatók. Ilyen oldat képződik az enyvben történő szappanosodás alatt. Ennek az oldatnak közelebbi tulajdonságait nem ismerjük. Tény, hogy az elszappanosítandó ■zsírnak a legfinomabb emulziónál is sokszorosan nagyobb felületet ad, miáltal a szappanosodás sebessége ennek megfelelően növekszik. Tapasztalatból tudjuk, hogy a szappanosodás sebessége a befejezés felé mindinkább kisebb lesz. Az utolsó néhány százalék zsír elszappanosítása aránylag hosszú időt igényel. A lassú szappanosodásnak kétségteleül egyik oka az, hogy a reakcióban résztvevő lúg és zsír koncentrációja természetesen lecsökkent. Másik oka valószínűleg az, hogy a közeg nagy viszkozitása folytán a szappanrészecskékben mélyen bennülő zsírmolekulák csak lassan vándorolhatnak azok felületére. A szappantól megköveteljük, hogy raktározás közben ne avasodjék. Ez csak úgy érhető el, ha a főzésnél tökéletesen szappanosítunk. A tapasztalat azt mutatja, hogy a szappanban ebből a szempontból legfeljebb 0,1 o/o el nem szappanosított zsírt engedhetünk meg. Ennek elérése hosszabb főzést, vagy melegen való állást kíván meg. A végső szappanosítást gyorsíthatjuk valamennyire a lúgkoncentráció emelésével, tehát azzal, hogy gondoskodunk arról, hogy a szappanosítás vége felé felesleges lúg legyen az üstben. Ennek a lúgfeleslegnek azonban a határlúg-koncentráció alatt kell lenni. A szappanosodás befejeződik akkor, amikor a lúgfelesleg koncentrációja hosszas állás után sem csökken. Amint láttuk, a gyakorlati szappanfőzésnél a szappanosodás sebességét az észterek szappanosodási törvényén kívül az üsttartalom fizikai állapota szabja meg. A jó szappanfőző a főzést a leírt fázisoknak megfelelően vezeti, hogy minél gyorsabb és tökéletesebb szappanosodást érjen el. 5