Phản ứng xà phòng hóa chất béo: phương trình, cách giải

Trả lời nhanh

Phản ứng xà phòng hóa là phản ứng thủy phân chất béo (trieste của glixerol) trong môi trường kiềm, đun nóng, tạo glixerol và muối của axit béo (xà phòng): (RCOO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3RCOONa + C₃H₅(OH)₃. Phản ứng xảy ra một chiều, tỉ lệ mol chất béo : kiềm = 1 : 3, và khối lượng các chất tuân theo bảo toàn khối lượng.

1. Phản ứng xà phòng hóa là gì?

Chất béo là trieste của glixerol với các axit béo (axit monocacboxylic mạch dài, không phân nhánh, số C chẵn, thường từ 12 đến 24 C). Khi đun chất béo với dung dịch kiềm (NaOH hoặc KOH), liên kết este bị cắt, sinh ra glixerol và muối natri (hoặc kali) của axit béo.

Muối của axit béo chính là thành phần chính của xà phòng, vì thế phản ứng này được gọi là xà phòng hóa. Muối natri thường cho xà phòng cứng (bánh xà phòng), muối kali cho xà phòng mềm hoặc lỏng.

2. Phương trình tổng quát

Với chất béo tạo bởi ba gốc axit giống nhau:

(RCOO)₃C₃H₅ + 3NaOH → (t°) 3RCOONa + C₃H₅(OH)₃

Với chất béo tạo bởi ba gốc khác nhau R₁, R₂, R₃:

(R₁COO)(R₂COO)(R₃COO)C₃H₅ + 3NaOH → (t°) R₁COONa + R₂COONa + R₃COONa + C₃H₅(OH)₃

Ba điều cần nhớ ngay:

Cứ 1 mol chất béo cần 3 mol NaOH (hoặc KOH), sinh ra 1 mol glixerol và 3 mol muối.
Glixerol luôn là M = 92 g/mol, không đổi dù chất béo nào.
Dùng KOH thì muối thu được là muối kali, M muối tăng 16 so với muối natri (39 − 23 = 16).

3. Các phương trình thường gặp

Chất béo	M (g/mol)	Phương trình với NaOH
Tristearin (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅	890	(C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3C₁₇H₃₅COONa + C₃H₅(OH)₃
Tripanmitin (C₁₅H₃₁COO)₃C₃H₅	806	(C₁₅H₃₁COO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3C₁₅H₃₁COONa + C₃H₅(OH)₃
Triolein (C₁₇H₃₃COO)₃C₃H₅	884	(C₁₇H₃₃COO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3C₁₇H₃₃COONa + C₃H₅(OH)₃
Trilinolein (C₁₇H₃₁COO)₃C₃H₅	878	(C₁₇H₃₁COO)₃C₃H₅ + 3NaOH → 3C₁₇H₃₁COONa + C₃H₅(OH)₃

Chất béo hỗn hợp, ví dụ chứa 2 gốc stearat và 1 gốc oleat (M = 888):

(C₁₇H₃₅COO)₂(C₁₇H₃₃COO)C₃H₅ + 3NaOH → 2C₁₇H₃₅COONa + C₁₇H₃₃COONa + C₃H₅(OH)₃

Khối lượng mol các muối hay gặp: C₁₇H₃₅COONa = 306; C₁₇H₃₃COONa = 304; C₁₇H₃₁COONa = 302; C₁₅H₃₁COONa = 278. Với muối kali, cộng thêm 16 vào mỗi giá trị này.

4. Vì sao gọi là phản ứng một chiều?

Thủy phân chất béo trong môi trường axit là phản ứng thuận nghịch (sinh axit béo và glixerol, có thể este hóa ngược lại). Trong môi trường kiềm, axit béo sinh ra bị kiềm trung hòa ngay thành muối RCOO⁻ bền, không còn khả năng phản ứng ngược với glixerol. Cân bằng bị kéo hẳn về phía sản phẩm nên phản ứng xảy ra hoàn toàn, một chiều.

Tiêu chí	Thủy phân trong axit	Xà phòng hóa (kiềm)
Chất xúc tác / tác nhân	H₂SO₄ loãng, đun nóng	NaOH hoặc KOH, đun nóng
Chiều phản ứng	Thuận nghịch (⇌)	Một chiều (→)
Sản phẩm	Axit béo + glixerol	Muối của axit béo + glixerol
Lượng kiềm	Không dùng kiềm	3 mol kiềm / 1 mol chất béo

5. Thí nghiệm xà phòng hóa chất béo

Thí nghiệm quen thuộc trong bài Chất béo (Hóa 12): cho một ít mỡ hoặc dầu ăn vào bát sứ, thêm dung dịch NaOH đặc, đun sôi nhẹ và khuấy liên tục, thỉnh thoảng thêm vài giọt nước cất để giữ thể tích hỗn hợp không đổi. Sau vài chục phút, rót hỗn hợp vào dung dịch NaCl bão hòa.

Hiện tượng: ban đầu chất béo nổi thành lớp riêng trên dung dịch kiềm; khi đun và khuấy, hỗn hợp dần đồng nhất do chất béo tan hết thành muối và glixerol. Khi rót vào NaCl bão hòa, có lớp chất rắn màu trắng (xà phòng) nổi lên trên.
Giải thích: muối của axit béo ít tan trong dung dịch NaCl đặc nên tách ra và nhẹ hơn nước muối; glixerol tan tốt trong nước nên ở lại dưới. Việc thêm NaCl gọi là “muối hóa”.
Vì sao phải thêm nước? Để NaOH không quá đặc, tránh hỗn hợp bị cạn và cháy khét.

6. Cách giải bài tập xà phòng hóa chất béo

Hầu hết bài tập dựa vào hai ý: tỉ lệ mol và bảo toàn khối lượng.

n_NaOH (hoặc KOH) phản ứng = 3·n_{chất béo} = 3·n_glixerol.
Bảo toàn khối lượng: m_{chất béo} + m_kiềm = m_muối + m_glixerol.
Nếu chất béo lẫn axit béo tự do RCOOH: RCOOH + NaOH → RCOONa + H₂O. Khi đó n_kiềm = 3·n_{chất béo} + n_{axit tự do}, và vế phải của bảo toàn khối lượng phải cộng thêm m_nước (n_H₂O = n_{axit tự do}).

Ví dụ 1 (tự đặt): tính khối lượng sản phẩm

Xà phòng hóa hoàn toàn 89 gam tristearin bằng dung dịch NaOH dư. Tính khối lượng muối và glixerol.

n_tristearin = 89 : 890 = 0,1 mol. Theo phương trình: n_muối = 0,3 mol → m = 0,3 × 306 = 91,8 g; n_glixerol = 0,1 mol → m = 9,2 g.

Kiểm tra bảo toàn khối lượng: NaOH phản ứng = 0,3 × 40 = 12 g; 89 + 12 = 101 g = 91,8 + 9,2. Đúng.

Ví dụ 2 (tự đặt): dùng KOH

Đun 8,84 gam triolein với lượng vừa đủ KOH. Tính khối lượng muối kali thu được.

n_triolein = 8,84 : 884 = 0,01 mol; n_KOH = 0,03 mol (1,68 g); n_glixerol = 0,01 mol (0,92 g). Bảo toàn khối lượng: m_muối = 8,84 + 1,68 − 0,92 = 9,60 g. Kiểm tra: 0,03 × 320 (C₁₇H₃₃COOK) = 9,60 g. Khớp.

Ví dụ 3 (tự đặt): chỉ số axit

Chỉ số axit là số mg KOH cần để trung hòa axit béo tự do trong 1 g chất béo. Để trung hòa axit tự do trong 20 g một mẫu chất béo cần 7,0 mL dung dịch KOH 0,1M. Tính chỉ số axit.

n_KOH = 0,007 × 0,1 = 7·10⁻⁴ mol = 0,7 mmol → 0,7 × 56 = 39,2 mg KOH. Chỉ số axit = 39,2 : 20 = 1,96.

7. Lỗi sai thường gặp

Cân bằng thiếu hệ số 3: viết 1 NaOH cho 1 chất béo. Chất béo là trieste nên luôn là 3 NaOH.
Quên glixerol khi bảo toàn khối lượng: chỉ viết m chất béo + m NaOH = m muối là sai.
Nhầm muối natri và muối kali: đọc kỹ kiềm đề cho, M muối khác nhau 16 đơn vị cho mỗi gốc.
Bỏ nước khi có axit béo tự do: phần axit tạo ra H₂O, phải tính vào vế sản phẩm.
Tính nhầm số liên kết π của gốc không no: đây chỉ ảnh hưởng phản ứng cộng H₂, Br₂, không ảnh hưởng tỉ lệ 1 : 3 của xà phòng hóa.
Nhầm “xà phòng hóa” với “thủy phân este bất kỳ”: thuật ngữ này gắn với môi trường kiềm; thủy phân este đơn chức trong kiềm cũng là phản ứng xà phòng hóa theo nghĩa rộng nhưng tỉ lệ khác (1 : 1).

8. Mẹo nhớ nhanh

“Ba gốc – ba kiềm – một glixerol”: 1 chất béo → 3 kiềm → 1 glixerol.
Muối có số C bằng số C của gốc axit béo cộng 1 (tính cả nhóm COO): C₁₇H₃₅COONa có 18 C.
Chất béo lỏng (dầu thực vật) chứa nhiều gốc không no; cộng H₂ (Ni, t°) thành chất béo rắn: (C₁₇H₃₃COO)₃C₃H₅ + 3H₂ → (Ni, t°) (C₁₇H₃₅COO)₃C₃H₅. Đây là cơ sở sản xuất bơ nhân tạo và nguyên liệu làm xà phòng.

9. Bài luyện tập

Bài 1. Xà phòng hóa hoàn toàn 80,6 gam tripanmitin bằng NaOH dư. Tính khối lượng natri panmitat thu được.

Bài 2. Xà phòng hóa hoàn toàn m gam một chất béo bằng 150 mL dung dịch NaOH 1M (vừa đủ), thu được 4,6 gam glixerol và 45,9 gam muối. Tính m.

Bài 3. Viết phương trình xà phòng hóa chất béo chứa 1 gốc panmitat, 1 gốc stearat và 1 gốc oleat bằng KOH.

Đáp án

Bài 1: n = 80,6 : 806 = 0,1 mol → n muối = 0,3 mol → m = 0,3 × 278 = 83,4 g.
Bài 2: n_NaOH = 0,15 mol (6 g). Bảo toàn khối lượng: m = 45,9 + 4,6 − 6 = 44,5 g. (Kiểm tra: n glixerol = 0,05 mol = 4,6 g, đúng với n NaOH : 3.)
Bài 3: (C₁₅H₃₁COO)(C₁₇H₃₅COO)(C₁₇H₃₃COO)C₃H₅ + 3KOH → (t°) C₁₅H₃₁COOK + C₁₇H₃₅COOK + C₁₇H₃₃COOK + C₃H₅(OH)₃.

10. Ứng dụng của phản ứng xà phòng hóa

Trong công nghiệp, đun mỡ động vật hoặc dầu thực vật với NaOH rồi muối hóa để thu xà phòng; glixerol thu được dùng trong mỹ phẩm, dược phẩm và sản xuất thuốc nổ. Trong phòng phân tích, chỉ số xà phòng hóa và chỉ số axit giúp đánh giá chất lượng dầu mỡ. Nhờ hiểu phản ứng này, bạn cũng giải thích được vì sao xà phòng có tác dụng giặt rửa: đầu ưa nước COO⁻ hướng vào nước, đuôi kị nước hiđrocacbon bám vào vết dầu bẩn.

Cùng chuyên đề: Bài nằm trong mục lục Tổng hợp công thức Hóa học lớp 12 đầy đủ: 22 chuyên đề có ví dụ.

Câu hỏi thường gặp

Phản ứng xà phòng hóa chất béo cần bao nhiêu mol NaOH cho 1 mol chất béo?

Cần 3 mol NaOH (hoặc KOH) vì chất béo là trieste, có 3 nhóm este. Sản phẩm gồm 3 mol muối của axit béo và 1 mol glixerol.

Vì sao phản ứng xà phòng hóa là phản ứng một chiều?

Trong môi trường kiềm, axit béo sinh ra bị trung hòa ngay thành muối RCOO⁻ bền, không phản ứng ngược lại với glixerol, nên cân bằng chuyển hẳn về phía sản phẩm.

Khi xà phòng hóa chất béo có axit béo tự do thì tính khối lượng thế nào?

Axit tự do phản ứng 1:1 với kiềm và sinh nước: RCOOH + NaOH → RCOONa + H2O. Khi bảo toàn khối lượng phải cộng thêm khối lượng nước ở vế sản phẩm.

Xà phòng hóa bằng NaOH và KOH khác nhau thế nào?

NaOH tạo muối natri, thường cho xà phòng cứng; KOH tạo muối kali, cho xà phòng mềm hoặc lỏng. Khối lượng mol muối kali lớn hơn muối natri tương ứng 16 g/mol.