B7.6 Iodtal og forsæbning
Supplerende stof
To flasker olie ser ens ud. Den ene er olivenolie, og den anden er solsikkeolie. En kemiker kan kende forskel på dem med iodtallet, som fortæller om dobbeltbindingerne. Et andet tal, forsæbningstallet, fortæller om kædernes længde.
Addition til dobbeltbindingerne
En dobbeltbinding kan addere et halogen. Det lærte du i afsnit B4.1. Det gælder også dobbeltbindingerne i et fedtstof.
Hver dobbeltbinding adderer ét molekyle brom, Br2. Jo flere dobbeltbindinger der er i et fedtstof, jo mere brom kan det addere. Mængden af halogen, et fedtstof kan addere, er derfor et mål for, hvor umættet det er.
Det ser du allerede med bromvand. En dråbe solsikkeolie affarver mere bromvand end en dråbe olivenolie.
Iodtal
Resultatet opgives som et iodtal.
Iodtallet er det antal gram iod, I2, som 100 g fedtstof kan addere.
Et højt iodtal betyder mange dobbeltbindinger. Et lavt iodtal betyder få.
I laboratoriet bruger man tit brom i stedet for iod, fordi brom reagerer hurtigere. Det ændrer ikke regnestykket. Ét molekyle Br2 adderer til én dobbeltbinding, og det ville ét molekyle I2 også gøre. Stofmængden af brom, der er forbrugt, er derfor lig med den stofmængde iod, fedtstoffet kunne have adderet.
Eksempel: iodtallet for et triglycerid
Triglyceridet med tre oliesyrer har formlen C57H104O6 og molarmassen 885,4 g/mol. Hver oliesyre har én dobbeltbinding, så molekylet har tre. Ét mol triglycerid kan altså addere 3 mol I2.
Molarmassen for iod er
\[M(\mathrm{I_2}) = 2 \cdot 126{,}90\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 253{,}8\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}\]
Massen af iod, som 1 mol triglycerid kan addere, er
\[m(\mathrm{I_2}) = 3\ \mathrm{mol} \cdot 253{,}8\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 761{,}4\ \mathrm{g}\]
De 761,4 g iod adderes af 885,4 g fedtstof. Til 100 g fedtstof svarer
\[\text{iodtal} = \dfrac{761{,}4\ \mathrm{g}}{885{,}4\ \mathrm{g}} \cdot 100 = 86{,}0\]
Iodtallet er 86,0. Det ligger tæt på iodtallet for olivenolie, og det passer med, at olivenolie mest indeholder oliesyre.
Tilbagetitrering
Det er svært at måle direkte, hvor meget brom et fedtstof har adderet. Det tager tid, før alle dobbeltbindinger i fedtstoffet har adderet brom, og man kan ikke se, hvornår additionen er færdig. I stedet bruger man en tilbagetitrering.
- Fedtstoffet får en kendt stofmængde brom, og man sørger for, at der er mere, end fedtstoffet kan bruge. Der er altså et overskud.
- Blandingen står, til al addition er sket.
- Den brom, der er tilbage, bestemmes ved en titrering.
Stofmængden af brom, der blev forbrugt, er forskellen mellem det, der blev tilsat, og det, der var tilbage. Ud fra den kan iodtallet beregnes på samme måde som i eksemplet.
Tilbagetitrering bruges mange steder i kemien, når en reaktion er for langsom til en almindelig titrering.
Forsæbning
Et fedtstof er en ester, og en ester kan spaltes af en stærk base. Det er en forsæbning, som du lærte om i afsnit B4.5. Koges et fedtstof med kaliumhydroxid, bliver alle tre estergrupper spaltet.
triglycerid + 3 KOH → glycerol + 3 fedtsyreioner med K+
Der dannes glycerol og saltene af de tre fedtsyrer. Saltene er sæbe. Forsæbningen går helt til ende, fordi fedtsyreionerne ikke kan reagere tilbage.
Læg mærke til forholdet: ét mol triglycerid bruger tre mol kaliumhydroxid, uanset hvor lange kæderne er.
Sådan virker sæbe
En fedtsyreion har to ender med hver sin egenskab.
Den lange carbonkæde er upolær og hydrofob. Den ladede gruppe −COO− er hydrofil. Når du vasker en fedtet tallerken, borer halerne sig ind i fedtet, mens de ladede hoveder vender ud mod vandet. Fedtet bliver pakket ind i små dråber, som vandet kan skylle væk.
Forsæbningstal
Hvor meget kaliumhydroxid et fedtstof bruger, opgives som et forsæbningstal.
Forsæbningstallet er det antal milligram kaliumhydroxid, KOH, der skal til for at forsæbe 1 g fedtstof.
Hvert triglycerid bruger 3 KOH. Er molekylerne små, er der mange molekyler i 1 g fedtstof, og så skal der meget kaliumhydroxid til. Et højt forsæbningstal betyder korte fedtsyrekæder, og et lavt forsæbningstal betyder lange kæder.
| Fedtstof | Forsæbningstal |
|---|---|
| kokosfedt | omkring 255 |
| smør | omkring 225 |
| olivenolie | omkring 190 |
| rapsolie | omkring 190 |
Kokosfedt og smør har mange korte fedtsyrer. Planteolierne har mest fedtsyrer med 18 carbonatomer.
Eksempel: forsæbningstallet for et triglycerid
Triglyceridet med tre stearinsyrer har formlen C57H110O6 og molarmassen 891,5 g/mol. Molarmassen for kaliumhydroxid er 56,11 g/mol.
Ét mol triglycerid bruger 3 mol KOH:
\[m(\mathrm{KOH}) = 3\ \mathrm{mol} \cdot 56{,}11\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 168{,}33\ \mathrm{g} = 168\,330\ \mathrm{mg}\]
De 168 330 mg bruges til 891,5 g fedtstof. Til 1 g fedtstof svarer
\[\text{forsæbningstal} = \dfrac{168\,330\ \mathrm{mg}}{891{,}5\ \mathrm{g}} = 188{,}8\ \dfrac{\mathrm{mg}}{\mathrm{g}}\]
Forsæbningstallet er 189.
Fra forsæbningstal til molarmasse
Regnestykket kan vendes om. Kender du forsæbningstallet, kan du finde den gennemsnitlige molarmasse for fedtstoffets molekyler. En olie har forsæbningstallet 190. Så bruger 1 g olie 190 mg KOH, og 1 mol olie bruger 168 330 mg KOH:
\[M = \dfrac{168\,330\ \mathrm{mg/mol}}{190\ \mathrm{mg/g}} = 886\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}\]
Den gennemsnitlige molarmasse er 886 g/mol. Det svarer til et triglycerid med 18 carbonatomer i hver fedtsyre.
I laboratoriet findes forsæbningstallet også ved en tilbagetitrering. Fedtstoffet koges med et overskud af kaliumhydroxid, og den kaliumhydroxid, der er tilbage, titreres med saltsyre.
Syretal
Et tredje tal fortæller, hvor frisk et fedtstof er. Syretallet er det antal milligram kaliumhydroxid, der skal til for at neutralisere de frie fedtsyrer i 1 g fedtstof. I en frisk olie sidder næsten alle fedtsyrer fast i triglycerider, og syretallet er lavt. Når olien bliver harsk, bliver estergrupperne hydrolyseret, og syretallet stiger.
Biodiesel
Et fedtstof kan også reagere med en alkohol. Så bytter glycerol plads med alkoholen. Med methanol dannes der tre små estere, som hver består af én fedtsyre og methanol.
De tre methylestere er meget mindre end triglyceridet. De er derfor mere tyndtflydende og kan bruges som brændstof i en dieselmotor. Blandingen kaldes biodiesel.