Chimica del Sapone tesina

La chimica del sapone

Lo utilizziamo ogni giorno, in diversi modi, con diversi nomi, ma ha sempre la stessa funzione.

Parliamo del sapone.

Ma cos'è il sapone?

Dal punto di vista chimico, il sapone è un sale prodotto dalla reazione di grassi di base (animali o vegetali) con una base (soda, potassa, calce), che vengono riscaldati e mescolati insieme; la reazione prende il nome di saponificazione; il tipo di sapone cambia a seconda della scelta dei grassi o degli oli che si utilizzano.

Il mio percorso parte dalla storia del sapone, dalle sue origini e dalle prime produzioni industriali; ampliando il concetto di sapone attraverso la sua composizione chimica, dalla reazione che lo produce alle problematiche del suo utilizzo per quanto riguarda l'inquinamento; tratterò in seguito dei processi chimici continui della produzione del sapone; il sapone, nonostante i suoi scopi e la sua azione pulente, può inquinare, tratterò quindi la ricerca di nitrati nelle acque naturali e di scarico, poiché essi possono essere segno di inquinamento dato dai saponi; esporrò un breve saggio in lingua inglese, "Soaps and detergents"; infine, noto che il sapone da solo non serve a tanto, ma c'è qualcosa di estremamente importante che è legato a questo sale, ovvero l'acqua, e chi meglio di Gabriele D'Annunzio può esprimere il concetto e l'importanza dell'acqua?

Attraverso la poesia omonima interpreterò ciò che D'Annunzio vede nell'acqua.

Collegamenti interdisciplinari

• Storia: il sapone: dalle origini alla produzione industriale;
• Chimica organica: saponificazione;
• Tecnologie chimiche industriali: processi continui per la produzione di sapone;
• Analisi: determinazione dei nitrati nelle acque;
• Inglese: Soaps and detergents;
• Italiano: G. D'Annunzio, "L'acqua".

Il sapone: dalle origini alla produzione industriale

L'igiene personale e il diffondersi dell'abitudine di lavarsi sono stati storicamente determinanti nella sconfitta di importanti malattie quali tifo petecchiale, febbre tifoide, gastroenterite, dissenteria, ecc., più importanti anche dell'intervento di dottori e medicine. Pensiamo a tempi in cui non era così scontato e alla portata di tutti farsi un bagno.

Il sapone, inteso come prodotto per l'igiene personale, ha dunque avuto un ruolo decisivo nella storia.

Il suo utilizzo risale al 2800 a.C., ai tempi dell'antica Babilonia; sono stati ritrovati infatti dei vasi di terracotta con all'interno delle sostanze simili al nostro sapone. Su questi vasi sono incise anche delle ricette per preparare queste sostanze.

Il sapone nell'epoca romana

Dell'epoca romana sappiamo che il sapone era conosciuto, ma probabilmente non era utilizzato come detergente. Andare alle terme era per i Romani una pratica sociale prima che un'abitudine igienica, e pare che usassero pomice, creta finissima oppure soda o farina di fave, massaggiando la pelle dopo il bagno con dell'olio d'oliva.

Plinio il Vecchio, nella sua Historia Naturalis, citò per la prima volta la parola “sapo”, descrivendo un procedimento tramite il quale, dalla lavorazione di cenere e grassi (il termine sembra derivare infatti dal latino sebum = grasso), era possibile ricavare una sostanza utilizzata per il trattamento dei capelli.

Sapo.

Gli Arabi: inventori del sapone

Sono stati gli Arabi ad utilizzare per primi la soda caustica (Al-Soda Al-Kawia) per la saponificazione, iniziando a produrre i primi detergenti a base di olio di oliva e oli di timo o alloro; per questo si afferma che abbiano a tutti gli effetti inventato il sapone, almeno come lo conosciamo oggi. Il processo di saponificazione è difatti rimasto pressoché invariato sino ad oggi.

Grazie all'espansione araba, dopo l'800, i primi saponi raggiunsero Spagna e Sicilia e successivamente la Liguria e la Francia, arrivando nel resto d'Europa grazie alle Crociate. Erano saponi colorati, profumati, in forma liquida o solida, e ne esistevano addirittura da utilizzare per la rasatura.

Durante il Medioevo, però, non si ebbe una vera e propria diffusione del sapone, causa anche la scarsa abitudine alla pulizia e all'igiene personale di quel periodo. La sua produzione non decollò infatti sino al XVI secolo.

Genova, Venezia, Marsiglia e Savona furono i centri in cui nel XV secolo si iniziò a produrre il sapone artigianalmente.

Nel XV secolo a Savona si sviluppò una fiorente industria saponiera che utilizzava materie prime di ottimo livello, ma nel secolo successivo fu la Francia a sviluppare fortemente il commercio dei saponi. Luigi XIV, il Re Sole, rese la città di Marsiglia il cuore pulsante dell'industria del sapone, facendo costruire manifatture di sapone a Tolosa prima e Marsiglia poi, e fu dal porto marsigliese che partirono i primi carichi per il Nord Europa provenienti da Savona e Castiglia, in Spagna. Gli inglesi infatti chiamano il sapone a base di olio di oliva “sapone di Castiglia”.

Sapone di Aleppo.

Il sapone di Marsiglia

Il sapone di Marsiglia era il frutto della lavorazione di olio d'oliva, acqua, sale e soda naturale, ottenuta dalle ceneri di una pianta di palude, la salicornia, ma fino alla rivoluzione industriale fu prodotto a livello artigianale. Solo nel 1790 un chimico francese, Nicolas Leblanc, scoprì il metodo per ottenere chimicamente la soda dal sale, aprendo la strada all'industrializzazione della lavorazione del sapone.

Nei primi anni del 1800 furono aggiunti alla ricetta anche altri oli vegetali all'olio d'oliva, quali olio di palma, di cocco o di sesamo.

Sapone di Marsiglia.

Il metodo Leblanc venne sostituito dal metodo Solvay, attualmente adoperato, quasi un secolo dopo, nel 1870. In quegli anni, grazie alla diffusione su vasta scala del sapone, l'abitudine al bagno venne acquisita anche dal ceto medio-basso, se non altro come strumento di difesa dalle malattie. Alla fine del 1800 il sapone era venduto in tutto il mondo, alimentando fortemente anche l'industria pubblicitaria.

L'evoluzione dell'industria saponiera

Durante le guerre mondiali, a causa della difficoltà a reperire materie prime naturali, vennero introdotti i saponi sintetici a base di perborato e silicati. Il primo sapone in polvere fu prodotto dalla società tedesca Henkel.

L'industria saponiera attuale è molto diversa, ma alcune aziende utilizzano ancora la formula originale per produrre il sapone. Purtroppo, negli ultimi decenni è sempre più difficile trovare un sapone naturale e non irritante, ma vengono ancora prodotti saponi di elevata qualità.

Saponificazione.

Saponi e detergenti sintetici.

Saponificazione

Se facciamo reagire un estere con l'acqua in presenza di un catalizzatore e ad una certa temperatura, avremo come prodotti di reazione l'acido corrispondente e un alcol; possiamo quindi dire che l'idrolisi è il processo inverso all'esterificazione. Se però utilizziamo un catalizzatore basico, la reazione diventa irreversibile e va a formarsi un sale insolubile, il sapone.

I saponi sono sali alcalini di acidi grassi dati dalla reazione di idrolisi basica, reazione irreversibile detta anche “saponificazione”.

Sono sali con catene di atomi di carbonio compresi tra un minimo di 12 e un massimo di 18 atomi di carbonio, per esempio l'acido stearico C₁₇H₃₅COOH, l'acido palmitico C₁₅H₃₁COOH e l'acido oleico C₁₇H₃₃COOH, legate ad un atomo di sodio o di potassio; i saponi solidi sono sali di sodio (Na), i saponi liquidi sono sali di potassio (K).

I saponi sono sostanze parzialmente solubili in acqua, con la quale formano legami a idrogeno mediante la funzione carbossilica, che è idrofila; mediante invece la parte idrocarbonica, idrofoba, il sapone è in grado di penetrare nello sporco, costituito generalmente da unto, e inglobarlo, dando così un'emulsione, che tramite strofinamento fa scivolare via lo sporco. Possiamo dire quindi che il sapone è un detergente.

Quindi il sapone si dissocia formando due ioni: quello negativo, l'anione, una lunga catena di atomi di carbonio; mentre quello positivo, il catione, è lo ione sodio o potassio. Tali composti di solito vengono indicati in modo abbreviato, per esempio per lo stearato di sodio, con R–COONa, che in acqua si dissocia in R–COO⁻ e Na⁺, dove R sta per CH₃–(CH₂)₁₆–.

Struttura e azione del sapone

Ricostruzione 3D di una molecola di grasso che viene inglobata dal sapone, la parte interna, viola, rappresenta la catena di atomi di carbonio, mentre la parte esterna, gialla, rappresenta la parte idrofila, a contatto con l'acqua.

Abbiamo visto che la produzione del sapone si ha attraverso la reazione di idrolisi basica, saponificazione, attraverso cui un triestere, grasso o olio, viene trattato con una base quale NaOH o KOH e tramite una reazione irreversibile va a formarsi un alcol, glicerina, e un sale alcalino dell'acido grasso, ovvero il sapone.

Saponi e acque dure

L'uso dei saponi è sconsigliabile in presenza di acque dure, poiché si ha la formazione di sali insolubili, responsabili di incrostazioni sulle superfici trattate, come mostra la seguente reazione:

Sapone + sale di calcio → insolubile.

2 R–COONa + Ca²⁺ → (R–COO)₂Ca.

R–OH + acido grasso insolubile.

Da cui si deduce che anche l'ambiente acido è sconsigliato quando si usano saponi, perché si liberano acidi grassi insolubili in acqua che darebbero gli stessi inconvenienti dei sali di calcio.

Per ridurre la durezza dell'acqua nei detersivi venivano fino ai tempi recenti aggiunti degli additivi, i sequestranti, quali tripolifosfati, che con gli ioni Ca²⁺ e Mg²⁺ davano origine a complessi solubili, eliminando così la formazione di incrostazioni.

Reazione:

2 Ca²⁺ + P₃O₁₀⁵⁻ → Ca₂P₃O₁₀, composto solubile.

Questi composti fosforati, che sono anche fertilizzanti, finivano nelle acque di scarico, favorendo la crescita di alcune specie vegetali, tra cui le alghe, le quali consumano l'ossigeno disciolto nell'acqua, fenomeno detto eutrofizzazione, provocando moria di pesci ed altre specie animali.