XÀ PHÒNG HÓA: PHẢN ỨNG VÀ CÁC CHẤT CÓ THỂ THU ĐƯỢC - HÓA HỌC - 2026

Các xà phòng hóa là quá trình thủy phân cơ bản của một ester. Điều này có nghĩa là este phản ứng không thuận nghịch với bazơ (NaOH hoặc KOH), tạo ra rượu và natri hoặc kali cacboxylat. Từ này có nghĩa là "làm xà phòng" và trên thực tế, nó là một trong những phản ứng hóa học lâu đời nhất được nhân loại sử dụng.

Vào thời Babylon, với sự giúp đỡ của tro được thu thập từ gỗ, thực vật và mỡ động vật, họ đã hoàn thiện nghệ thuật làm xà phòng. Tại sao lại là mỡ động vật? Lý do là bởi vì nó rất giàu triesters glycerol (chất béo trung tính), và tro gỗ là nguồn cung cấp kali, kim loại cơ bản.

Nếu không, phản ứng xảy ra với năng suất thấp hơn, nhưng đủ để phản ánh ảnh hưởng của nó đối với sơn và một số bề mặt. Đó là trường hợp của sơn dầu, trong đó các chất màu được trộn với dầu (nguồn este).

Phản ứng xà phòng hóa

Cơ chế

Este có nhóm acyl (O = C - R), dễ bị tấn công nucleophin như OH ^- .

Vì các nguyên tử oxy "ăn cắp" mật độ electron từ nguyên tử cacbon, nó tự tìm thấy một phần điện tích dương, thậm chí nhiều hơn trong trường hợp của este.

Do đó, điện tích dương này thu hút các loài âm có khả năng đóng góp electron vào nguyên tử cacbon, gây ra sự tấn công hạt nhân (phía bên trái của hình ảnh). Kết quả là, một chất trung gian tứ diện được hình thành (phân tử thứ hai từ trái sang phải).

Các điện tích âm trên oxy của trung gian tứ diện là một sản phẩm của OH ^- xung quanh. Sau đó, điện tích âm này bị khử định vị để tạo ra nhóm cacbonyl, sau đó "buộc" liên kết C - OR 'bị phá vỡ. Ngoài ra, sự phân chia này tạo ra một axit cacboxylic RCOOH và một ion alkoxit R'O ^- .

Cuối cùng, vì môi trường phản ứng là cơ bản, alkoxit tạo ra một phân tử nước và axit cacboxylic phản ứng với một OH ^{- khác} từ môi trường, tạo ra các sản phẩm xà phòng hóa.

Động học

Tốc độ của phản ứng xà phòng hóa tỷ lệ với nồng độ của các thuốc thử. Nói cách khác, tăng nồng độ của este (RCOOR ') hoặc bazơ (NaOH), phản ứng sẽ diễn ra nhanh hơn.

Điều này cũng được dịch như sau: tốc độ xà phòng hóa là bậc nhất so với este và bậc nhất so với bazơ. Điều trên có thể được biểu thị bằng phương trình toán học sau:

Tốc độ = k

Trong đó k là hằng số hoặc hệ số của vận tốc, thay đổi theo hàm của nhiệt độ hoặc áp suất; nghĩa là nhiệt càng cao thì tốc độ xà phòng hoá càng cao. Vì lý do này, môi trường có thể bị sôi.

Vì cả hai chất phản ứng đều có động năng bậc nhất nên phản ứng tổng thể là bậc hai.

Trong cơ chế phản ứng xà phòng hóa, sự hình thành chất trung gian tứ diện đòi hỏi sự tấn công nucleophin, liên quan đến cả este và bazơ.

Do đó, động học bậc hai được phản ánh trong thực tế này, bởi vì chúng can thiệp vào bước xác định (chậm) của phản ứng.

Các chất có thể thu được bằng cách xà phòng hóa

Sản phẩm xà phòng hóa chính là ancol và muối của axit cacboxylic. Trong môi trường axit, thu được RCOOH tương ứng, thu được bằng cách xà phòng hóa dầu mỡ được gọi là axit béo.

Do đó, xà phòng bao gồm các muối của axit béo được tạo ra bằng quá trình xà phòng hóa. Bạn đi ra với những gì cation? Chúng có thể là Na ⁺ , K ⁺ , Mg ²⁺ , Fe ³⁺ , v.v.

Các muối này hòa tan trong nước, nhưng bị kết tủa do tác dụng của NaCl thêm vào hỗn hợp, làm mất nước xà phòng và tách nó ra khỏi pha nước. Phản ứng xà phòng hóa một chất béo trung tính như sau:

Glycerin là rượu "E", và xà phòng là tất cả các muối của axit béo tạo thành. Ở đây, mỗi chuỗi bên -R có độ dài và mức độ không bão hòa khác nhau. Do đó, các chuỗi này tạo ra sự khác biệt giữa dầu mỡ thực vật.

Chìa khóa để sản xuất xà phòng sau đó nằm ở việc lựa chọn chất béo và dầu tốt nhất, hoặc cụ thể hơn, trong việc lựa chọn các nguồn chất béo trung tính khác nhau.

Khối màu trắng xà phòng này có thể chứa chất tạo màu và các hợp chất hữu cơ khác trong cấu trúc của nó, tạo cho nó mùi thơm dễ chịu và màu sắc tươi sáng. Từ đây, nhiều khả năng sẽ được thuần hóa bởi nghệ thuật và thiên chức trong ngành thương mại này.

Tuy nhiên, phản ứng xà phòng hóa cũng là một con đường tổng hợp của axit cacboxylic và rượu mà không nhất thiết phải thực hiện với glixerin hoặc xà phòng.

Ví dụ, thủy phân cơ bản của bất kỳ este nào, chẳng hạn như etyl axetat đơn giản, sẽ tạo ra axit axetic và etanol.

Tác dụng dung môi của xà phòng

Các muối của axit béo hòa tan trong nước, nhưng không theo cách tương tự như các ion bị hòa tan; nghĩa là, được bao quanh bởi một quả cầu nước. Trong trường hợp xà phòng, về mặt lý thuyết, chuỗi bên -R của chúng ngăn không cho chúng hòa tan trong nước.

Do đó, để chống lại vị trí khó chịu về mặt năng lượng này, chúng được định hướng theo cách mà các chuỗi này tiếp xúc với nhau, tạo thành một hạt nhân hữu cơ không phân cực, trong khi các đầu phân cực, phần cuối (–COO ^- Na ⁺ ), tương tác với các phân tử của nước và tạo ra một "lớp vỏ cực".

Ở trên được minh họa trong hình ảnh trên, nơi loại cấu trúc này được gọi là micelle được hiển thị.

Các "đuôi đen" tương ứng với các chuỗi kỵ nước, tự quấn vào một hạt nhân hữu cơ được bảo vệ bởi các quả cầu màu xám. Những quả cầu màu xám này tạo nên vỏ phân cực, các đầu –COO ^– Na ⁺ .

Vì vậy, các mixen là các cụm (kết tụ) của các muối của axit béo. Bên trong chúng có thể chứa chất béo không hòa tan trong nước do đặc tính không phân cực của nó.

Làm thế nào để họ làm điều đó? Cả hai chuỗi chất béo và -R đều kỵ nước, vì vậy cả hai đều có ái lực cao với nhau.

Khi các mixen bao quanh chất béo, nước sẽ tương tác với lớp vỏ phân cực, cho phép xà phòng hòa tan. Ngoài ra, các mixen mang điện tích âm, gây ra lực đẩy lẫn nhau và do đó, tạo ra sự phân tán chất béo.

Người giới thiệu

1. Tiến sĩ Anne Marie Helmenstine (03 tháng 10 năm 2017). Định nghĩa và phản ứng xà phòng hóa. Được lấy vào ngày 24 tháng 4 năm 2018, từ: thinkco.com
2. Francis A. Carey. Hóa học hữu cơ. Các axit cacboxylic. (xuất bản thứ sáu, trang 863-866). Đồi Mc Graw.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. Hóa học hữu cơ. Lipid (xuất bản lần thứ 10., Trang 1056-1058). Wiley Plus.
4. Wikipedia. (2018). Xà phòng hóa. Truy cập ngày 24 tháng 4 năm 2018, từ: en.wikipedia.org
5. Boyd C. (ngày 27 tháng 2 năm 2015). Hiểu hóa học và lịch sử của xà phòng. Được lấy vào ngày 24 tháng 4 năm 2018, từ: chemservice.com
6. Luca Laghi. (Ngày 27 tháng 3 năm 2007). Xà phòng hóa. Được truy cập ngày 24 tháng 4 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org
7. Amanda Crochet. (Ngày 12 tháng 5 năm 2015). Micelle (thang độ xám). Được truy cập ngày 24 tháng 4 năm 2018, từ: commons.wikimedia.org