Saponificazione

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Saponificazione di un trigliceride (a sinistra) con idrossido di sodio per ottenere sapone e glicerina (a destra).

La saponificazione è il processo per la produzione del sapone a partire da grassi e idrossidi di metalli alcalini. In termini tecnici, la saponificazione richiede l'idrolisi basica (solitamente si impiega soda caustica, NaOH) di un trigliceride, che può essere un estere o acido grasso, per produrre il corrispettivo sale sodico (carbossilato, più propriamente). Assieme al sapone, i tradizionali processi di saponificazione producono glicerolo. Si definiscono “saponificabili” tutte le sostanze convertibili in sapone. A quest’ultimo si possono aggiungere additivi per conferirgli particolari caratteristiche (ad esempio sabbia e pomice per renderlo abrasivo).[1]

Saponificazione dei trigliceridi[modifica | modifica wikitesto]

Gli oli vegetali e i grassi animali sono le principali sostanze solitamente saponificate. Questi materiali oleosi, chiamati trigliceridi, sono miscugli di diversi acidi grassi. I trigliceridi possono essere convertiti in saponi con due diversi processi. Il processo tradizionale avviene in un passaggio: il trigliceride è trattato con una base forte (liscivia, per esempio), che accelera la scissione dei legami carbonilici e produce glicerolo e il sale dell'acido grasso costituente. Questo è il metodo più largamente utilizzato a livello industriale per la produzione di glicerolo. Se necessario, i saponi possono essere precipitati per “salting out” con una soluzione satura di cloruro di sodio. Il numero di saponificazione è la quantità di base richiesta per saponificare un campione di grasso. Per la produzione di sapone, i trigliceridi sono opportunamente purificati, ma la saponificazione include anche altre idrolisi basiche di trigliceridi non puri, come ad esempio la conversione dei lipidi di un cadavere in adipocera. Questo processo è più comune in corpi dove la quantità di tessuto adiposo è maggiore, non aggrediti da agenti decompositori e sepolti in terreni particolarmente alcalini.

Meccanismo dell'idrolisi basica[modifica | modifica wikitesto]

Il meccanismo di lisi degli esteri prevede una serie di reazioni di equilibrio.[2] L'anione idrossido si addiziona (“attacca”) il gruppo carbonilico dell'estere. L'intermedio di reazione si chiama ortoestere.:

Saponification part I

L'espulsione dell'alcossido genera un acido carbossilico:

Saponification part II

L'alcossido è una base più forte della base coniugata dell'acido carbossilico, quindi il trasferimento del protone è favorito:

saponification part III
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Nella classica procedura di laboratorio, il trigliceride trimiristina è ottenuto per estrazione dalla noce moscata con etere dietilico.[3] La saponificazione dell'acido miristico si verifica con NaOH in acqua. L'acido stesso può essere ottenuto aggiungendo HCl diluito all'estratto.[4]

Idrolisi a vapore[modifica | modifica wikitesto]

I trigliceridi possono anche essere saponificati con un processo a due stadi che parte dall'idrolisi a vapore del triestere. Questo trattamento produce l'acido carbossilico, e non il suo sale, oltre al glicerolo. Successivamente l'acido grasso viene neutralizzato con una base per avere il sapone. Il vantaggio del processo a due stadi consiste nella possibile purificazione degli acidi così ottenuti in modo da migliorare la qualità del prodotto finito. L'idrolisi a vapore procede attraverso una meccanismo simile a quello esposto precedentemente e prevede l'attacco di molecole d’acqua (non di idrossido) sul centro del carbonile. La reazione è più lenta, perché richiede la produzione di vapore.

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

La conoscenza della saponificazione è attinente a molti campi delle tecnologie e della vita di ogni giorno.

Saponi liquidi e solidi[modifica | modifica wikitesto]

A seconda del tipo di base utilizzata nella loro preparazione, i saponi acquistano proprietà differenti. L'idrossido di sodio (NaOH) genera saponi solidi, mentre se si impiega idrossido di potassio (KOH), si formano saponi liquidi.

Grasso al litio[modifica | modifica wikitesto]

I derivati del 12-idrossistearato e del litio e molti altri acidi carbossilici sono importanti costituenti di grassi lubrificanti. Nello specifico, i carbossilati di litio fungono da addensanti. Anche i “saponi complessi” sono piuttosto comuni, essendo combinazioni di saponi metallici, come saponi di litio e calcio.[5]

Estintori[modifica | modifica wikitesto]

Gli incendi di grassi di cottura e olii (classificati come classe K (USA) o F (Australia / Europa / Asia) bruciano a temperature maggiori di quelli causati da liquidi infiammabili, rendendo inefficace un normale estintore di classe B. I liquidi infiammabili hanno un flash point inferiore a 50 °C. L'olio alimentare è un liquido combustibile, in quanto ha un punto di infiammabilità superiore ai 50 gradi. Incendi del genere dovrebbero essere spenti con un estintore chimico. I dispositivi di questo tipo sono progettati per estinguere i grassi e gli oli di cottura attraverso la saponificazione. L'agente estinguente converte rapidamente la sostanza che sta bruciando in un sapone non-combustible. Questo processo è endotermico, cioè assorbe l'energia termica dall'ambiente circostante inibendo ulteriormente il fuoco.

La saponificazione e la conservazione dei beni culturali[modifica | modifica wikitesto]

Nel corso del tempo possono verificarsi fenomeni di saponificazione sui dipinti a olio, causando danni visibili e deformazioni. Il substrato o gli strati di pittura dei quadri a olio contengono spesso metalli pesanti usati come pigmenti: il bianco di piombo, il minio e l'ossido di zinco sono fra i più diffusi. Se tali metalli reagiscono con gli acidi grassi liberi nella matrice oleosa che lega insieme i pigmenti, possono formarsi dei saponi nello strato di vernice che migrano verso la superficie del dipinto.[6]

La saponificazione dei dipinti a olio è stata descritta per la prima volta nel 1997.[7] Si crede sia un fenomeno diffuso, essendo stato osservato in molte opere databili fra il quindicesimo e il ventesimo secolo di diversa origine geografica e su vari supporti, come ad esempio tela, carta, legno e rame. L'analisi chimica può rivelare principi di saponificazione che si verificano negli strati più profondi di un dipinto prima ancora che ne appaiano i segni in superficie, anche in dipinti antichi di secoli.[8]

Le aree saponificate possono deformare la superficie del dipinto attraverso la formazione di grumi visibili o sporgenze che diffondono la luce. Questi grumi di sapone possono interessare solo su alcune parti della tela piuttosto che l'intera opera. Nel famoso Ritratto a Madame X di John Singer Sargent, per esempio, i coaguli appaiono solo sulle aree più scure, e possono essere causati dall'uso di pennellate più grasse in quei punti, da parte dell'artista, per compensare la tendenza all'essiccazione dei pigmenti neri.[9] Il processo può anche formare depositi gessosi bianchi sulla superficie di un dipinto, una deformazione spesso descritta come "fioritura" o "efflorescenza", e può anche contribuire ad aumentare la trasparenza di alcuni strati di vernice nel corso del tempo.[10]

Il processo non è ancora pienamente compreso. La saponificazione non si verifica in tutti i quadri a olio contenenti i materiali giusti. Non è ancora noto cosa inneschi il processo, ciò che ne determina il peggioramento, o se possa essere fermato.[11] Allo stato attuale, il ritocco è l'unico metodo di restauro noto.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ K. Schumann, K. Siekmann “Soaps” in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2005, Wiley-VCH, Weinheim
  2. ^ John McMurry, Organic Chemistry (2nd Edition).
  3. ^ Organic Syntheses 1:538 Link
  4. ^ Organic Syntheses 1:379 Link
  5. ^ Thorsten Bartels et al. "Lubricants and Lubrication" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Weinheim. DOI: 423 10.1002/14356007.a15 423
  6. ^ Silvia A. Centeno and Dorothy Mahon, "The Chemistry of Aging in Oil Paintings: Metal Soaps and Visual Changes." The Metropolitan Museum of Art Bulletin’’, Summer 2009, pp. 12-19.
  7. ^ Researchers in the Netherlands discovered it while analyzing Rembrandt's The Anatomy Lesson of Dr. Nicolaes Tulp (1632). See Centeno, p. 14.
  8. ^ Centeno, p. 16.
  9. ^ Centeno, pp. 12-13, 15.
  10. ^ Centeno, pp. 16, 19.
  11. ^ Centeno, p. 19.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

chimica Portale Chimica: il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia