PRACTICA N 4Sntesis de Jabones ExticosAntecedentes Histricos:Los pueblos primitivos usaban solamente agua para fines higinicos, con pobres resultados: actan individualmente, el agua no es un buen agente limpiador. Probablemente tambin se utilizaron plantas como la hierba europea Saponaria sp, u otras plantas jabonosas de la Amrica tropical. Estas plantas contienen compuestos qumicos llamados saponinas, los cuales en solucin acuosa, producen una espuma similar a la del jabn.Estudios histricos revelan que los egipcios y los babilonios utilizaron las cenizas vegetales alcalinas con fines de limpieza, hace ms de 5.000 aos. Cuando la madera se quema, durante el proceso de combustin, los tomos metlicos que esta contiene. Forman xidos metlicos de sodio, Na2O, potasio, K2O, y calcio, Ca2O, los cuales son slidos inicos, componentes principales de las cenizas de las plantas. Las cenizas vegetales tambin contienen carbonato de potasio, K2CO3 y carbonato de sodio, Na2CO3. Tanto los xidos metlicos como los carbonatos, son fuentes de iones hidrxido. En el antiguo proceso de manufactura del jabn, se recolectaban las cenizas de la madera y se remojaban en agua. Despus de varios das, se separaba una solucin muy bsica de las cenizas insolubles. La reaccin entre el agua y el oxido de sodio produce iones oxidrilo.Na2O (s) + H2O (l) 2 NaOH (ac)NaOH (ac) Na (ac) + OH (ac)Tambin, el ion carbonato de las sales de potasio y sodio, reacciona con el agua produciendo una solucin alcalina.CO3-2 (ac) + H2O (l) HCO3- (ac) + OH- (ac)La solucin bsica sobrenadante, producto del remojo de las cenizas vegetales, por si sola posee propiedades limpiadoras.La preparacin del jabn es una de las reacciones qumicas mas antiguamente conocida. En las obras del romano Plinio El viejo, se describe como los fenicios sintetizaban jabn utilizando sebo de cabra y cenizas de plantas. El jabn fue utilizado tambin por los estrucos; entre las ruinas de la ciudad de Pompeya se han encontrado los restos de una fbrica de jabn. As, tambin los griegos y los romanos conocieron el uso del jabn: hace varios milenios se descubri que las mezclas crudas de grasas animales y las cenizas alcalinas de plantas, generaban jabones que limpiaban eficientemente. Mas tarde y durante siglos, la elaboracin del jabn constituyo una tarea casera; los jabones modernos son producto de la experimentacin con estas mezclas de grasa.En la segunda mitad del siglo XIX, factores econmicos y tecnolgicos, generaron el desarrollo de la industria del jabn. El proceso industrial de fabricacin de jabones difiere poco del casero: las cenizas se sustituyen por hidrxido de sodio principalmente, aunque tambin se utiliza hidrxido de potasio y la reaccin de uno de estos hidrxidos con diferentes grasas como sebo, aceite de oliva, de coco, etc., Produce diferentes tipos de jabones, a los cuales se les adiciona perfumes, colorantes, emolientes o desinfectantes, segn el uso para el cual se destinen.Fabricacin del Jabn:La reaccin de hidrlisis bsica (saponificacin) de una grasa, produce jabn y glicerina. La gran mayora de las grasas y aceites (triglicridos) son triesteres que contienen tres cadenas largas de cidos carboxlicos alifticos unidos a una molcula de glicerol.

El proceso de saponificacin involucra el calentamiento de una grasa animal o vegetal en una solucin alcalina. La solucin alcalina produce la hidrlisis del triglicrido a sus partes constituyentes, como sales de cidos carboxlicos de cadena larga (RCOO-Na+) y glicerol. La adicin de una solucin de cloruro de sodio, facilita la precipitacin de las sales carboxilatos, es decir, del jabn, por efecto del ion comn: el jabn es una sal sdica soluble en agua pero no tanto como el cloruro de sodio. Cuando una solucin contiene dos sales de diferente solubilidad con un ion comn (en este caso el ion Na+), un exceso de este, provoca la precipitacin de la sal menos soluble. El jabn precipitado de esta forma se separa por filtracin.El glicerol o glicerina, tambin se aprovecha como componente de jabones, en algunos casos. El glicerol es un liquido viscoso, incoloro e inodoro (punto de ebullicin: 290C), que acta como buen agente humectante debido a su capacidad higroscpica. Puede separarse de la solucin filtrada por destilacin y aadirse luego al jabn antes del proceso de secado.Las sales carboxilato obtenidas a travs de este proceso tienen, en general, diferentes estructuras qumicas con cadenas lineales que van desde 8 a 18 carbonos. Algunas de estas cadenas contienen sitios de instauracin, el grado de instauracin y el nmero de tomos de carbono presentes en la cadena, dependen de la fuente de triglicrido utilizada.La longitud de la cadena carbonada y el numero de enlaces dobles en la porcin del acido carboxlico de la grasa o aceite, determinaran las propiedades del jabn resultante. As, la sal de un acido saturado de cadena larga, producir un jabn mas duro y mas insoluble. Recordemos que la longitud de la cadena carbonada afecta la solubilidad de los compuestos orgnicos en agua.La grasa de res y rumiantes en general (vacas, ovejas, cabras, etc) o sebo, es el principal material graso utilizado en la industria del jabn. La grasa solida del ganado se derrite con vapor y la capa de sebo formada en la superficie, se remueve. Los fabricantes de jabn generalmente suavizan este sebo con aceite de coco y someten a saponificacin esta mezcla. As, el jabn resultante contiene las sales de los cidos palmtico, esterico y oleico provenientes del sebo y las sales de los cidos lurico y miristico del aceite de coco (ver tabla N4 para justificar4 estas afirmaciones). La adicin de aceite de coco aumenta la solubilidad del jabn resultante. Porque? En esta experiencia utilizaremos diversas fuentes de triglicridos y observaremos diferentes propiedades en los jabones obtenidos: textura, solubilidad, color y olor. El objetivo bsico es relacionar el cambio qumico a nivel molecular, con cambios macroscpicos observables; intentaremos relacionar las diferencias en textura y solubilidad, con el grado de instauracin o saturacin y con la extensin o nmeros de tomos de carbono, de las cadenas de sales carboxilatos obtenidas.Como limpian los jabones?Un jabn es una molcula qumica especial: un extremo de su estructura es polar, hidrfilo y se disuelve en agua, y el otro, es no polar, lipofilo, y se disuelve en un solvente no polar, este comportamiento de solubilidad dual, confiere a los jabones y detergentes su poder limpiador. El jabn corriente es una mezcla de sales sdicas de cidos grasos de cadenas largas.Podra pensarse que estas sales son solubles en agua y de hecho se pueden preparar soluciones jabonosas. Sin embargo, no se trata de soluciones verdaderas, en las cuales las molculas de soluto se desplazan libre e independientemente, solvatadas por molculas de solvente; lo que ocurre es que el jabn se dispersa en grupos esfricos llamados micelas. Cada micela puede contener centenares de molculas de jabn. Una molcula de jabn tiene un extremo polar, -COO-Na+, y otro no polar, la cadena larga con 12 a 18 carbonos. El extremo polar, es soluble en agua y se dice que es hidrfilo. El extremo no polar, es hidrfobo o lipofilo, soluble en solventes no polares como el aceite y las grasas. Este tipo de molculas se llama anfiptica: tiene extremos polares y no polares y adems es suficientemente grande como para que cada extremo tenga su propio comportamiento de solubilidad.Las largas cadenas carbonadas, se agrupan alrededor de una gota de grasa, con sus extremos insolubles en agua orientados hacia dentro y sus extremos cargados orientados hacia afuera, hacia el agua. La repulsin entre cargas similares mantiene dispersas a las micelas entre si, con lo que se forma una emulsin estable de aceite y agua, que puede separarse de3 la superficie que se esta lavando. La gotita (micela) que contiene al aceite, pasa a la solucin de lavado y se elimina al enjuagar. Esta propiedad de emulsionar y por lo tanto de limpiar, la comparten otras molculas anfiptica, adems de las sales de los cidos carboxlicos o jabones. En la actualidad la mayora de las personas compran jabones y detergentes comerciales, pero en el siglo XIX, la gente preparaba su propio jabn a partir de leja (hidrxido de sodio, NaOH) y grasa animal (manteca o sebo de cerdo, oveja, cabra, etc.)PARTE EXPERIMENTAL El estudiante deber traer al laboratorio 40 g de la fuente de grasa, la cual seleccionara de la tabla N1. Disuelve 20 g de NaOH en 160 ml de una mezcla 50:50 de agua-etanol al 95%. Precaucin: La solucin de NaOH es corrosiva y muy peligrosa para los ojos, en especial, y piel. Trabaja bajo campana de extraccin de gases y utiliza los lentes de seguridad. En un vaso de precipitado de 250 ml, mezcle los 40 g de la grasa que hayas seleccionado, con la solucin alcalina. Sumerge el vaso de precipitado de 250 ml en un vaso de mayor tamao que contenga agua hirviente, durante 45 minutos-1 hora. Las paredes de los vasos no deben estar en contacto y el nivel de la mezcla debe quedar cubierto por el bao de mara. Ver figura N1. Agite el contenido de la mezcla durante el periodo de calentamiento y aade 40 ml adicionales de la solucin de agua-etanol, despus de unos 30 minutos o cuando la mezcla se endurezca excesivamente. La reaccin habr llegado a completacin cuando desaparezcan las gotitas de la grasa en la mezcla. Si el vaso se llena de espuma, retrelo del fuego unos minutos hasta que esta descienda. Vierta la mezcla saponificada sobre 400 ml de una solucin acuosa fra de NaCl al 25 % p/p. Agite vigorosamente 6 y deja enfriar hasta alcanzar la temperatura ambiente. Separe el jabn precipitado por filtracin al vacio y lvelo con varias porciones de acido actico diluido al 5% frio y agua fra. Mida el pH del lquido y observe si este disminuye a medida que aumenta el nmero de lavados. Ajustar el pH hasta que llegue a un valor de 7 a 6. Repitiendo el proceso de salado o adicin de la solucin de cloruro de sodio, y dejando reposar por unas 12 horas, puede mejorarse la calidad del jabn. Deje secar al aire el jabn solido obtenido por una semana o squelo en estufa a 50C por unos 8 das. Observa y anota la textura, solubilidad en agua, color y olor del jabn obtenido.

Observaciones:1. En el caso de que no precipite suficiente jabn (sales carboxilato), emplear NaCl puro.2. Las soluciones de NaCl y acido actico deben ser enfriadas en bao agua-hielo (tambin el agua destilada para los lavados).3. Traer un recipiente que sirva de molde para el jabn; puede ser: plstico si se va a secar al aire metlico si se va a emplear horno. Se sugieren los recipientes para cereales de los yogurts que traen cereal y latas de sardinas pats.

Figura N1

Tabla N1. Fuentes de grasa y caractersticas de los jabones obtenidos.Fuente de Grasa/color Color del JabnTexturaOlor Similar a

Mantequilla (amarillo)BeigeBlancoDuro, semejante a la ceraCera

Mantequilla de man (marrn claro)CremaSuaveMan quemado

Aceite de man (amarillo claro)BlancoEscamosoHarina de avena

Aceite de girasol (amarillo)Rosa melnBlancoSuave, cremosoMasa de pan

Aceite de nueces (marrn)Crema BeigeSuave, cremosoAceitoso

Aceite de ajo (marrn)AmarilloPasta gruesaFuerte aceitoso

Aceite de ajonjol (marrn caramelo)AmarilloGrnulos grandesAjonjol

Aceite de oliva (amarillo)Amarillo traslucidoMarfilGranos sueltosCreyones de cera

Aceite de oliva (amarillo claro)BlancoEscamosoPapel de mach

Aceite vegetal (amarillo)Blanco cremosoPolvo Papas Fritas

Aceite de maz (amarillo claro)Marrn claroBeigeArenosoPlstico

Grasa de cerdo (beige)BlancoEscamas livianasMantequilla rancia

Queso provolone (amarillo claro)BlancoPastaMantequilla

Grasa de carne de res (blanca)BlancoDuro, macizoLeche

Resultados y Discusin:Las caractersticas macroscpicas fsicas observables de cada jabn obtenido, estn directamente relacionadas con la fuente de grasa seleccionada. Para explicar los resultados con respecto a la textura, se debe intentar correlacionarlos con el contenido de las sales carboxilatos saturadas y con la extensin de la cadena carbonato. Por ejemplo, la mantequilla contiene un alto porcentaje de grasas saturadas y produce un jabn muy duro, posiblemente debido a la presencia de grandes cantidades de sales carboxilatos saturadas. Tambin, hay que considerar la posibilidad de que las diferentes texturas observadas, estn influenciadas por impurezas ocluidas.Para la discusin se utiliza las tablas N 2,3 y 4.Tabla N2. Composicin de cidos grasos obtenidos por hidrlisis de algunas grasas y aceites.Grasa o aceite% de cidos Grasos

SaturadosMonosaturadosPoliinsaturados