Dans l’article précédent (Savon : Comment ça fonctionne ?), différents principes de bases ont été simplement abordés pour pouvoir expliquer, sans trop rentrer dans le détail, la fabrication et le mode de fonctionnement des savons et détergents.

Toutefois, les chimistes en herbe ont certainement été frustrés de ce manque de détail, et un complément s’imposait de lui-même, sur l’équilibre de la réaction comme sur le mécanisme réactionnel.

Savon et saponifications

Dans l’article précédent était redonné le principe fondamental de la saponification :

Théorie simple :

Corps Gras (Acide) + Soude ou Potasse –> Sels d’acides gras + Alcool

Théorie chimique :

Un point important à souligner : la réaction de saponification d’un corps gras peut être réalisée à froid (même à une température inférieure à 30°C) ou à chaud. C’est une réaction lente mais totale, c’est-à-dire qu’elle continue jusqu’à épuisement de l’un des deux réactifs. L’intérêt d’une saponification à froid réside notamment dans la préservation de la qualité des matières premières, au détriment du rendement de la réaction.

Pour prévoir un bon équilibre de cette réaction, il est important (essentiel !) de connaître l’indice de saponification (SAP) du lipide utilisé, qui correspond à la masse d’hydroxyde de potassium (KOH) nécessaire à la saponification des acides gras contenus dans un gramme de matière grasse. Cet indice s’exprime en mg de KOH et, après simple règle de trois  (mutiplication de la valeur de KOH par 0.713), peut être converti en mg d’hydroxyde de soude (NaOH).

Par ailleurs, il peut être intéressant de provoquer un excès (relatif) de corps gras par rapport à la soude, pour conserver une part de « surgras » dans le savon final. En effet, le pH du film hydrolipidique de la peau étant légèrement acide (pH entre 5.5 et 6.5), un savon ayant un pH élevé aurait donc une tendance à assécher la peau.

Enfin, la réaction de saponification est exothermique, c’est-à-dire qu’elle produit de la chaleur. La thermochimie explique ce dégagement de chaleur est dû à la formation des liaisons de cette équation car, pour créer ces liaisons, le système perd de l’énergie, qui se dissipe ensuite dans son environnement.

Lewis et mécanisme réactionnel

Comme souvent en chimie organique (sauf pour les réactions radicalaires), la saponification est le résultat de la rencontre d’une molécule qui va « attirer » les électrons (électrophile) et d’une molécule qui va être capable de donner des électrons (nucléophile).

Pour aller dans le détail, il nous faudra travailler à partir de la Règle de l’Octet, formulée comme suit par Lewis en 1916 :

« Les atomes d’un édifice chimique partagent autant de paires d’électrons qu’il est nécessaire pour acquérir au total 8 électrons, c’est à dire un octet« 

Pour en revenir à la saponification, et en prenant également comme rappel que l’oxygène attire davantage les électrons que le carbone ou l’hydrogène (principe d’électronégativité) :

  • Dans le cas de l’ion OH-, l’oxygène est entouré de 3 doublets d’électrons, ce qui le rend capable de donner facilement des électrons (pour simplifier, « il a une charge en trop »).
  • Dans le cas du carbone présent dans un groupe ester, il est entouré de deux oxygènes qui vont attirer les électrons. Les liaisons sont donc polarisées, au détriment du carbone, qui cherchera donc à attirer les électrons. Ce carbone est donc un excellent site électrophile.

On représente souvent cette attaque d’un site électrophile par un site nucléophile comme suit :

Ensuite, l’ajout d’une charge négative (due à l’électron, pour rappel) sur le carbone électrophile, va impacter la double liaison et faire passer la charge négative sur l’oxygène comme suit :

Cette charge supplémentaire va ensuite éliminer le groupe alcoolate :

A ce stade de la réaction, deux produits ont donc déjà été formés : l’acide carboxylique (acide faible) et l’ion alcoolate (base forte). Logiquement, il s’ensuit une réaction acide-base qui va donc transformer l’acide carboxylique en ion carboxylate :

Voici donc comment, de manière plus détaillée, est fabriqué un savon à partir de corps gras et de soude (ou potasse).