化學實驗室實驗：透明肥皂的製作（Making Transparent Soap）〔III〕

化學實驗室實驗：透明肥皂的製作（Making Transparent Soap）〔III〕
國立彰化高級中學化學科林芬如老師 / 國立彰化師範大學化學系楊水平副教授責任編輯

連結：透明肥皂的製作（Making Transparent Soap）〔II〕

教師手冊（Teacher’s Guide）

教學提示

● 上課時間：教師實驗解說：約20分鐘，學生實驗操作和記錄：約80分鐘。實驗結果和記錄：約10分鐘。問題討論或家庭作業：約30分鐘。由於本實驗有迴流加熱時間長達約60分鐘，教師可以調動實驗解說的時間在此段時間進行，以節省上課時間。

● 製作透明肥皂的代表油脂是棕櫚油與蓖麻油。蓖麻油能帶出香皂的透明感，而棕櫚油則能使香皂堅硬。製作透明皂基時不能有殘留的油脂，亦即不能減少鹼液。

● 為了製造透明度更佳的肥皂，蔗糖的選用方面，冰糖會比砂糖好，因為冰糖為無色的，砂糖有顏色。

● 製作完成的透明肥皂在放置兩個星期之後，會有縮水的現象，因為水及酒精蒸發了。透明肥皂的缺點是含有酒精，洗完後皮膚容易緊崩，感覺有點乾澀。透明肥皂遇到水馬上容易溶化，一下子就用完了。

● 若從模子拿出透明肥皂後會黏黏的或者是不夠透明，那麼可以把肥皂削成一小塊裝入大的玻璃容器裡，用電磁加熱攪拌器（或微波爐）加熱幾分鐘直到所有肥皂碎塊融化。如果有少許的肥皂碎塊留在混合液中，用玻棒（或湯匙）攪拌促使融化。也加入少許的酒精並攪拌促使融化。

● 手工香皂做完後成強鹼性請勿使用，待五週後pH值會降至約9，放置時間越久，pH值會慢慢降至8左右。pH 8為弱鹼性，可安心使用，一般市售香皂大多為弱鹼性。

藥品配製

● 本實驗不需要事先配製藥品，若想節省學生操作時間，則可以事先配製氫氧化鈉水溶液和蔗糖水溶液。
● 氫氧化鈉水溶液：先稱取11.34 g的氫氧化鈉和23.4 g的蒸餾水。再緩慢地加入氫氧化鈉固體到蒸餾水中，用玻棒攪拌至溶解。（每組用量）
● 蔗糖水溶液：稱取13.9 g的冰糖和12.05 g的蒸餾水，置入一個燒杯中，用玻棒攪拌直到完全溶解。（每組用量）

實驗紀錄樣本

● 在自然風乾之後，從模型中取出透明肥皂成品，然後拍照並貼於此處。

參考答案

1. 透過網頁所提供的氫氧化鈉的油脂皂化值（NaOH mg / 1 g）如下所示：
蓖麻油（Castor oil）：128.6，椰子油（Coconut oil）：191.1，橄欖油（Olive oil）：135.4，棕櫚油（Palm oil）：142.0。
氫氧化鈉的莫耳質量：39.99 g/mol
15.0 g的蓖麻油之脂肪酸莫耳數為
15.0 g × 128.6 mg/g × (1 g/1000 mg) / (39.99 g/mol) = 0.0482 mol
22.5 g 的椰子油之脂肪酸莫耳數為
22.5 g × 191.1 mg/g × (1 g/1000 mg) / (39.99 g/mol) = 0.108 mol
7.5 g 的橄欖油之脂肪酸莫耳數為
7.5 g × 135.4 mg/g × (1 g/1000 mg) / (39.99 g/mol) = 0.0254 mol
30.0 g的棕櫚油之脂肪酸莫耳數為
30.0 g × 142.0 mg/g × (1 g/1000 mg) / (39.99 g/mol) = 0.107 mol
因此，本實驗所使用油脂的脂肪酸的總莫耳數為
0.0482 mol + 0.108 mol + 0.0254 mol + 0.107 mol = 0.289 mol

2. 根據上題的計算結果，本實驗所使用油脂的脂肪酸的總莫耳數為0.289 mol。
本實驗所使用的氫氧化鈉之重為11.34 g，氫氧化鈉的莫耳質量：39.99 g/mol。
因此，氫氧化鈉的莫耳數為11.34 g / (39.99 g/mol) = 0.284 mol。

兩者莫耳數的差異為0.289 mol – 0.284 mol = 0.005 mol（氫氧化鈉的莫耳數較少），
兩者莫耳數的差異百分比為(0.005 mol / 0.289 mol) × 100% = 2%。
故氫氧化鈉的莫耳少於油脂脂肪酸的莫耳數2%，2%少於手工肥皂的鹼液之量低於油脂約5%。

由於本實驗所使用油脂的脂肪酸的總莫耳數為0.289 mol，
因此氫氧化鈉的重量為0.289 mol × 39.99 g/mol = 11.6 g。

3. 莫耳質量：乙醇：46.07 g/mol，蔗糖：342.30 g/mol，甘油：92.09 g/mol。
31.8 g的藥用酒精的莫耳數為31.8 g × 0.95 / 46.07 g/mol = 0.656 mol。
13.9 g的蔗糖的莫耳數為13.9 g / 342.30 g/mol = 0.0406 mol。
18.5 g的甘油的莫耳數為18.5 g / 92.09 g/mol = 0.201 mol。

由於皂化後脂肪酸鈉的莫耳數等於氫氧化鈉的莫耳數為 0.284 mol。
因此所使用藥用酒精的莫耳數超過皂化後脂肪酸鈉的莫耳數，但是所使用蔗糖和甘油的莫耳數則未超過。
若加上皂化所產生的甘油，則甘油的總莫耳數為0.289 mol / 3 + 0.201 mol = 0.490 mol。0.490 mol的甘油的總莫耳數超過皂化後脂肪酸鈉的莫耳數0.284 mol很多。

此三者的總莫耳數為0.656 mol + 0.0406 mol + 0.201 mol = 0.898 mol，超過皂化後脂肪酸鈉的莫耳數0.284 mol甚多。

4. 在製作透明肥皂時，必須要先注意到所選用的油脂，有些油脂在經皂化後所呈現出的透明感會比其它油脂出色。這些油脂有：棕櫚油、牛油、豬油、椰子油、蓖麻油、橄欖油及其他軟油也可使用，也有人成功地使用乳油木果脂（雪亞脂）。

在透明肥皂的配方裡，常見的透明劑有：甘油、聚乙二醇、酒精、砂糖、糖漿、多元醇（丙二醇）…等，因為這些透明劑能稀釋皂基的濃度，阻止皂基結晶化。無法 順利結晶的肥皂分子，像玻璃一樣以原生態無定型的流體存在，結晶率越低則透光率越高，所呈現出的透明度越好。但是透明劑一但添加太多，肥皂的硬度及起泡力 是會因而下降。

5. 本實驗製造透明肥皂油脂有蓖麻油，椰子油，橄欖油和棕櫚油。(1)蓖麻油含有緩和及潤滑皮膚的功能，特有的蓖麻酸醇對髮膚有特別的柔軟作用，能製造泡沫多 且有透明感的香皂，能幫助維持精油和香精的香味。(2)椰子油是手工皂不可缺少的油脂之一，富含飽和脂肪酸，可做出洗淨力強、質地硬、顏色雪白且泡沫多的 香皂。由於洗淨力很強的皂難免會讓皮膚感覺乾澀，因此使用份量不宜過高。椰子油在秋冬氣溫下降時會呈現固態，可隔水稍微加熱使之融化。(3)橄欖油含有豐 富的維他命、礦物質和蛋白質，可以保濕並修護皮膚，製造的香皂泡沫持久且如奶油般細緻，由於深具滋潤性，也很適合用來製作乾性髮質適用的洗髮皂和嬰兒 皂。(4)棕櫚油也是手工皂必備的油脂之一，可做出對皮膚溫和、清潔力好又堅硬、厚實的香皂，不過沒什麼泡沫。

誌謝

感謝國立彰化師範大學生物學系修習有機化學實驗課程的學生們提供照片。

參考資料和延伸閱讀

1. Soap, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Soap.
2. Saponification, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Saponification.
3. Saponification value, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Saponification_value .
4. Converting an Existing Recipe to use a lower % of Alcohol, http://www.bearchele.com/soap/calculation.html.
5. Making Transparent Soap, http://www.bearchele.com/soap/Tutorial.html.
6. J. W. McBain and Sydney Ross, The structure of transparent soap, Journal of the American Oil Chemists’ Society, 1944, 21 (4), 97-98, DOI: 10.1007/BF02587470.