Xà phòng | Khái niệm hoá học

1. Định nghĩa

Xà phòng là những muối natri (hoặc muối kali) của axit béo. Những muối natri của các axit béo cao RCOONa là xà phòng rắn, còn muối kali của chúng, RCOOK là xà phòng mềm. Các dầu mỡ giàu axit béo, no cũng cho xà phòng rắn và các dầu chứa nhiều axit chưa no cho xà phòng mềm hơn.

2. Nguyên liệu

Hầu hết các loại mỡ động vật và dầu thực vật đều có thể dùng để sản xuất xà phòng. Mỡ động vật thường dùng là mỡ bò, mỡ cừu.

Dầu thực vật để chế xà phòng có rất nhiều loại như: dầu dừa, dầu cọ, dầu cám, dầu ngô, dầu bông, dầu lạc, dầu đậu tương, dầu thầu dầu, dầu sở, dầu màng tang, dầu hạt gấc, dầu bồ đề....

Các loại mỡ bò, mỡ cừu và dầu dừa, dầu cọ chứa nhiều axit béo no cao sẽ cho xà phòng rắn. Các loại dầu chứa nhiều axit béo không no cho xà phòng mềm. Dầu càng không no cho xà phòng càng mềm. Muốn có xà phòng rắn, các loại dầu thực vật phải được hidro hóa trước khi sản xuất xà phòng. Khi sản xuất xà phòng, người ta hay thêm dầu dừa hoặc dầu cọ vì chúng chứa nhiều axit lauric, CH₃(CH₂)₁₀COOH làm cho xà phòng tăng khả năng tạo bọt và tẩy sạch tốt. Xà phòng chứa nhiều muối của axit stearic sẽ làm giảm tính tan và khả năng tạo bọt.

Ngoài nguyên liệu là chất béo, để sản xuất xà phòng người ta còn dùng các axit béo. Đó là sản phẩm oxi hóa các hidrocacbon từ dầu mỏ.

3. Sản xuất xà phòng

Khi đun chất béo với dung dịch NaOH lên tới 100^oC, ta được keo xà phòng, có chứa glixerin và nước

Sau khi xà phòng hóa chất béo, người ta cho thêm muối ăn NaCl, xà phòng sẽ tách khỏi glixerin và nước, nổi lên trên.

Để hạ giá thành sản phẩm, người ta cho thêm natri silicat (Na₂SiO₃), chất màu và hương liệu.

Ngày nay, người ta thường thủy phân chất béo bằng nước ở nhiệt độ và áp suất cao. Sau đó cho Na₂CO₃ rắn để tạo xà phòng. Xà phòng giặt chứa từ 62-64% axit béo.

Muốn sản xuất xà phòng thơm cần có nguyên liệu tinh khiết hơn (Tẩy màu các loại dầu mỡ, khử bỏ bớt các mùi khó chịu...)

Sau đó pha thêm chất màu, mùi (với những hương liệu đặc trưng). 

Hàm lượng axit béo trong xà phòng thơm phải đạt từ 80-85%.

4. Tính chất của xà phòng

a. Tính dẫn điện

Xà phòng phân li thành các ion nên có khả năng dẫn diện

RCOONa$\to$RCOO^- + Na⁺

b. Thủy phân xà phòng cho môi trường kiềm

RCOONa + H₂O$\to$ RCOOH + NaOH

c. Tác dụng với nước cứng

Nước cứng chứa nhiều cation canxi và magie. Xà phòng tác dụng với các cation này tạo ra các hợp chất không tan, không có tác dụng tẩy rửa.

Phản ứng xảy ra khi giặt xà phòng gặp nước cứng

2C₁₇H₃₅COONa + Ca²⁺ $\to$(C₁₇H₃₅COO)₂Ca + 2Na⁺

2C₁₇H₃₅COONa + Mg²⁺ $\to$(C₁₇H₃₅COO)₂Mg + 2Na⁺

Các muối canxi và magide kết tủa bám vào vải, làm cho vải chóng bị mục và làm cho xà phòng ít bọt.

d. Tính chất tẩy rửa của xà phòng

Quần áo bị bẩn là quần áo có chứa các vết dầu, mỡ, mồ hôi, đất, cát hoặc bụi... giữa vải và chất bẩn có một lực liên kết nào đó. Tác dụng tẩy rửa của xà phòng là làm yếu các lực liên kết này, phân cắt các vết bẩn, không bám vào quần áo được nữa và tan vào nước.

Dùng nước nóng, vò xát nhằm mục đích như trên nhưng kém hiệu quả nên phải tẩy rửa bằng xà phòng. Xà phòng là những chất hoạt động bề mặt. Nó có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt giữa các chất bẩn và quần áo, đồng thời xà phòng làm cho khả năng thấm ướt của quần áo nhanh hơn.

Xà phòng có cấu tạo như sau: R-COO^-Na⁺

Phần gốc hidrocacbon -R là phần kị nước, tan tốt trong các dung môi hữu cơ, dẫu mỡ nhưng không tan trong nước.

Nhóm -COONa là phần ưa nước bị tan trong nước, ít tan trong các dung môi hữu cơ.

Khi giặt giũ quần áo bằng nước xà phòng thì phần kị nước (các gốc R khá dài) hòa nhập vào các hạt dầu mỡ (vì chúng dễ tan vào nhau). Trong khi đó, phần ưa nước (các gốc -COONa) ở lại trên bề mặt các hạt bẩn đó và làm cho sức căng bề mặt của hạt bẩn giảm đi vì chúng cùng điện tích. Khi sức căng bề mặt giảm đi các hạt bẩn sẽ bị chia nhỏ ra, lực liên kết giữa hạt bẩn và quần áo yếu đi làm tăng khả năng thấm ướt và hạt bẩn tan dần vào trong nước.

Dùng xà phòng có hai nhược điểm:

- Trong nước, xà phòng bị thủy phân cho môi trường kiềm hại da tay và vải sợ từ tơ như polieste, poliamit... có phản ứng với kiềm.

- Với nước cứng, xà phòng sẽ tạo muối Ca²⁺, Mg²⁺ không tan làm mất tác dụng tẩy rửa.