집에서 비누 만드는 법 (화학으로!)

 

 

자신의 비누를 만드는 방법 에 대한 화학 지식을 적용 하고 과정을 이해하는 방법을 궁금해 한 적이 있습니까?

 

집에서 비누를 만드는 것은 직접 화학 경험을 하고 노동의 결실을 즐길 수 있는 재미있고 교묘한 방법입니다.

 

비누와 비누 제조에는 많은 화학 개념이 포함됩니다.

 

산, 염기 및 염

생화학: 지질

유기 화학: 에스테르, 카르복실산 및 알코올

가수 분해

유화

친수성/소수성 상호작용

하지만 겁먹지 마세요. 수제 비누를 만드는 실제 과정은 생각보다 쉽습니다!

 

비누 제조 이면의 화학, 비누를 만드는 데 사용되는 화학 반응, 비누의 작동 원리 에 대한 요약을 읽으십시오 . 이러한 개념의 대부분은 여기에서 검토한 모든 유기 화학 교과서에서 더 확장 됩니다 .

 

그렇지 않으면 게시물 하단으로 건너뛰어 간단한 초보자 친화적인 DIY 비누 레시피를 확인하세요.

 

아이들과 함께하는 재미있는 실험이지만 항상 감독됩니다! 아이들과 화학을 하고 싶다면 어린이와 성인을 위한 최고의 화학 세트 중 하나를 구입하십시오 !

 

 

비누 제조의 화학: 비누화

비누를 만드는 화학 반응은 매우 고대적이고 특징적이어서 그 이름은 문자 그대로 “비누로 변한다”는 의미 입니다.

 

비누화(Saponification )는 라틴어로 비누를 뜻하는 사포(sapo )에서 유래한 것으로, 일상생활에 쉽게 적용할 수 있기 때문에 유기화학 1학기에 배운 가장 기억에 남는 화학반응 중 하나입니다.

 

다음은 전반적인 반응의 요약입니다.

먼저 트리글리세리드( 식물성 기름과 동물성 지방 에서 발견되는 지방 분자 )로 시작합니다. 트리글리세리드의 에스테르 결합을 3개의 카르복실산과 글리세록시드로 분해하는 강염기가 추가됩니다. 마지막으로 양성자 교환 후 생성물은 3개의 카르복실산 염과 글리세롤이다.

 

자신의 비누 비누화를 만드는 방법

트리글리세리드의 비누화

비누화 반응 메커니즘의 설명

비누화는 에스테르의 알칼리 가수분해입니다. 에스테르의 형성은 카르복실산과 알코올 사이의 탈수 반응이라는 것을 기억할 수 있습니다.

 

생화학에서 이 반응은 3개의 유리 지방산 사슬과 1분자의 글리세롤로부터 트리글리세리드를 생성합니다. 비누화는 기본적으로 그 반응을 취소하기 위해 강염기를 사용합니다. 우리는 유기 화학 개념에 대한 이 튜토리얼 리뷰 에서 이것과 다른 간단한 반응을 탐구했습니다 .

 

에스테르 결합에 있는 것과 같은 카르보닐 탄소는 공명과 결합된 산소의 더 큰 전기음성도로 인해 부분적인 양전하를 띠고 있음을 기억하십시오. 이 때문에 수산화물 이온에 의한 친핵성 공격 의 좋은 표적이 된다 . 이 단계의 생성물은 오르토에스테르 중간체입니다(이전 카복실 산소의 음전하를 참고하십시오).

 

에스테르화 첨가

에스테르 그룹의 기본 가수분해: 친핵성 추가.

산소는 2개의 결합과 2개의 고립 전자쌍이 있을 때 가장 안정하다는 것을 기억하십시오. 그 전자는이 안정성을 달성하기 위하여 재정렬 카복실산을 만들기 위해 탄소와 함께 이중 결합을 개질하고 (알코올의 짝염기) “제거”라는 제 2 단계에서, 알콕사이드로서 에스테르의 나머지 절반을 추방.

 

비누화 제거

에스테르기의 염기성 가수분해: 알콕시드 제거.

우리는 일반적으로 알코올이 매우 약한 산이라는 것을 알고 있습니다. 따라서 이들의 짝염기인 알콕사이드는 매우 강합니다. 그 결과 양성자 교환이 일어나고 카르복실산의 산성 양성자는 쉽게 알콕사이드에 공여된다 . 이것은 알코올과 카르복실산의 나트륨 또는 칼륨 염의 형성을 초래합니다.

 

비누화 양성자 교환

에스테르기의 기본 가수분해: 양성자 교환.

비누화 제품

이 동일한 반응은 비누화 동안 트리글리세리드의 3개의 에스테르 결합 모두 에서 발생 합니다. 생성된 세 가지 지방산 염은 비누염으로도 알려져 있습니다. 그들의 특성은 지방산 사슬의 탄소 수와 포화도에 크게 의존합니다.

 

더 긴 탄소 사슬(예: 스테아르산, C18)은 더 단단하고 덜 용해되는 비누를 생성하는 경향이 있습니다.

 

반면에, 불포화 지방산은 더 낮은 융점을 가진 더 부드러운 비누를 생성합니다 . 일부 지방산 염은 컨디셔닝보다 더 정화되며 그 반대의 경우도 마찬가지 입니다. 유사하게, 일부는 훌륭하고 풍부한 거품을 만들어내는 반면 다른 일부는 그렇지 않을 것입니다. 비누 제조법에 사용할 지방과 오일을 결정할 때 이러한 효과를 고려하는 것이 중요합니다 .

 

비누는 어떻게 작동합니까?

이 비누 소금의 분자 구조를 살펴보십시오.

 

지방산 비누

지방산의 나트륨 카르복실레이트의 구조.

이 분자는 극성입니까, 아니면 비극성입니까? 정답은 둘 다! 오른쪽 상단에서, 이 나트륨 염에서 음이온으로 작용하는 카르복실레이트는 매우 극성인 작용기입니다. 그러나 긴 탄화수소 사슬의 나머지 부분은 비극성 입니다.

 

이러한 유형의 화합물을 양친매성 이라고 합니다.

 

기름과 물이 섞이지 않는다는 것은 누구나 알고 있지만, 그 이유는 각 물질의 극성(또는 극성이 없기 때문)입니다. 화학을 공부하는 학생으로서 여러분은 이미 비슷한 용해 물질 과 극성 분자는 친수성 (물을 좋아함)이고 비극성 분자는 소수성(물을 두려워함) 이라는 사실을 이미 배웠을 것입니다 .

 

이것이 어디로 가는지 알 수 있을 것입니다… 비누는 그리스와 기름과 같은 소수성 물질이 물에 용해되도록 함으로써 작동합니다. 한쪽 끝은 극성이고 다른 쪽 끝은 비극성이므로 물과 기름과 섞일 수 있습니다. 이것은 미셀이라고 불리는 작은 구형 구조 를 형성함으로써 이루어 집니다.

 

미셀 배열

미셀 배열의 예

미셀의 이 단면에서 구 내부의 소수성(무극성) 탄화수소 사슬을 볼 수 있으며 친수성(극성) 말단이 표면을 형성합니다. 기름기가 많은 팬을 비눗물로 씻으면 기름기 가 소수성 끝 부분 에 달라붙어 이 미셀 내부에 가두게 됩니다. 미셀의 표면은 극성이기 때문에 물에 잘 녹고 이제 쉽게 씻어낼 수 있습니다.

 

비누는 또한 천연 계면활성제로 물의 표면 장력을 줄여 효과적으로 물을 “젖게” 만듭니다. 물이 “습윤”할수록 용매 특성이 더 좋아지고 더 잘 세척됩니다.

 

가정에서의 화학: 나만의 비누 만드는 법

이제 이 모든 화학 지식을 행동으로 옮기고 수제 비누를 만들어 봅시다!

 

이 DIY(직접 해보기) 비누 레시피 는 초보자에게 완벽한 아주 기본적인 레시피 입니다. 몇 가지 기본 장비와 쉽게 접근할 수 있는 몇 가지 재료가 필요합니다.

 

비누 제조 장비

보안경 및 장갑

주방 저울

피처*

항아리*

큰 냄비 또는 그릇*

온도계

믹싱 스푼*

이머전 블렌더(스틱 블렌더)

고무 주걱

비누틀

* 플라스틱이나 유리와 같은 반응성이 없는 물질을 사용하십시오.

 

여기 에서 가정용 화학 실험 기구에 대한 개인적인 권장 사항을 찾을 수 있습니다 . 이 실험에 적절한 비커나 플라스크를 사용할 수 있으면 이상적입니다. 그러나 아직 액세스할 수 없는 경우 위에 나열된 가정 용품을 사용할 수 있습니다.

 

잿물은 부식성(매우 염기성)이며 금속( 또는 피부! ) 과 같은 많은 것들과 반응할 수 있습니다 . 이 반응은 발열 반응이며 급격한 온도 변화로 인해 품질이 낮은 유리 용기가 깨질 수 있습니다.

 

기본 비누 성분:

올리브 오일 500g

코코넛 오일 100g

잿물(NaOH, 가성소다) 80g

물 200mL

비누를 만드는 데는 거의 모든 유형의 기름이나 지방을 사용할 수 있지만 특성 이 크게 다르고 필요한 양의 잿물이 필요할 수 있습니다 . 다른 오일을 사용하는 경우 잿물 계산기 를 사용하여 너무 많이 사용하지 않는지 확인하십시오. 비누에 기름이 많다는 것은 큰 문제가 아니지만 가성소다를 많이 사용하는 것은 중요합니다 !

 

명령:

잿물/NaOH 용액을 준비합니다. 주전자에 담긴 물의 무게를 잰다. 별도로 NaOH의 무게를 병에 넣습니다. 그런 다음 천천히 NaOH를 물에 추가합니다. 잿물에 물을 첨가하지 마십시오! 화학 연구실의 안전 모듈에서 “물에 산이 아니라 산을 물에 첨가”를 어떻게 암기했는지 기억하십니까? 베이스도 마찬가지입니다. NaOH와 같은 강염기는 정의상 반응성이 높습니다. 즉, 물과 접촉할 때 많은 에너지가 방출됩니다. 이 단계를 거꾸로 수행하면 혼합물이 빠르게 가열됩니다. 이것은 화학 화상을 쉽게 일으킬 수 있는 가성 소다 간헐천으로 끝날 수 있습니다. 물에 NaOH를 첨가하면 여전히 열이 방출되지만 훨씬 덜 위험합니다. 조심스럽게 저어 녹이십시오 ( 혼합 후 즉시 숟가락을 헹굽니다.). 이 용액은 그 자체로 거의 끓는 온도에 도달할 수 있으므로 투수를 쉽게 다룰 수 있을 때까지 약간 식혀야 할 수도 있습니다.

냄비나 그릇에 기름을 계량하고 섞습니다. 코코넛 오일이 녹을 때까지 먼저 약간 데우면 더 쉽습니다.

오일 혼합물에 NaOH 용액을 조심스럽게 첨가하고 균질한 혼합물이 될 때까지 숟가락으로 부드럽게 섞습니다.

이제 스틱 블렌더를 꺼내 유화 과정을 시작할 수 있습니다 . 지금은 부식성이 강한 혼합물을 혼합하고 있으므로 거리를 유지하고 튀지 않도록 하십시오.

몇 분 동안 혼합한 후 혼합물이 걸쭉해지기 시작하여 비누화 반응이 진행 중임을 나타냅니다. 선택적으로 에센셜 오일, 착색제, 믹스인 등과 같은 다른 재료를 추가하여 비누를 맞춤화할 수 있습니다. 그렇지 않으면 비누 를 몰드로 사용하는 모든 것에 옮길 수 있습니다 . 실리콘 베이킹 몰드는 이것을 위해 잘 작동합니다. 고무 주걱을 사용하여 모든 마지막 조각을 꺼내고 쉽게 청소할 수 있습니다.

비누를 곰팡이에서 제거하기 전에 적어도 24시간 동안 비누를 굳게 둡니다 . 다루기 어려울 정도로 단단해지면 원하는 경우 다른 모양/크기로자를 수 있습니다.

마지막으로 비누화 반응이 완료되고 과도한 물을 건조 시키기 위해 비누는 약 한 달 동안 경화 되어야 합니다. 완전히 경화되면 수제 비누를 사용하여 즐길 수 있습니다!

그리고 그것은 거의 그것입니다! 보시다시피 쉬운 절차입니다.

 

이제 비누를 만드는 방법을 알고 비누의 화학 성분을 이해했으므로 실험 절차를 실제로 적용할 시간입니다!

 

질문이나 제안 사항이 있으면 의견에 알려주십시오. 또한 첫 번째 비누의 결과를 자유롭게 공유하십시오!