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03 maggio 2021

Chimica day by day: una bella doccia!

Da oggi la rubrica #chimicainside ci mostra come in ogni momento della nostra giornata, dal risveglio fino a quando andiamo a dormire, la chimica ci accompagna, rendendo la nostra quotidianità facile e confortevole. Cominciamo dalla doccia! Buona lettura!

Driiiin, sono le 7:30, la sveglia suona ed è arrivata l’ora di alzarci. Abbandonare le coperte può essere difficile, ma una bella doccia energizzante è il primo passo per iniziare la giornata con la giusta carica. Saponetta, docciaschiuma, shampoo, balsamo per capelli: sulla mensola c’è tutto l’occorrente! Ma vi siete mai soffermati a pensare che cosa ci sia dentro i prodotti e in che cosa differiscano tra loro?

Cominciamo dal sapone. Con il termine "sapone" si indicano i sali di sodio (Na) o di potassio (K) di acidi carbossilici a lunga catena. I saponi di sodio sono generalmente solidi, mentre quelli di potassio sono liquidi. Tra gli acidi carbossilici comunemente presenti nei saponi ricordiamo l'acido laurico, il miristico, il palmitico, lo stearico, l'oleico, il linoleico e il linolenico. Come possiamo facilmente intuire da alcuni dei loro nomi, questi acidi si trovano in diversi vegetali: alloro, palma, olive, semi di lino ecc. In particolare si trovano sotto forma di gliceridi. Questi ultimi sono molecole (appartenenti alla categoria dei grassi o lipidi) che derivano dalla combinazione degli acidi carbossilici con la glicerina (o glicerolo). La glicerina è un alcol trivalente, ovvero una molecola costituita da tre atomi di carbonio (legati a diversi atomi di idrogeno) che presentano ciascuno un gruppo ossidrile. Ognuno di questi gruppi può combinarsi con il gruppo carbossilico dell’acido attraverso un particolare legame chiamato “estereo”. Se viene esterificato un solo ossidrile si parla di monogliceridi, se ne vengono esterificati due si formano i digliceridi, se, infine, sono esterificati tutti e tre abbiamo i trigliceridi. Oltre che nei vegetali citati, i gliceridi si trovano anche nei grassi di origine animale (burro, strutto). Per ottenere un sapone si può pertanto partire da un grasso e trattarlo, a caldo, con idrossido di sodio (soda caustica) o di potassio (potassa caustica). Durante la reazione di saponificazione, si formano i Sali sodici o potassici degli acidi carbossilici, cioè i saponi, e si ottiene come sottoprodotto la glicerina.

Per comprendere le proprietà detergenti dei saponi occorre considerare la loro struttura molecolare. Le lunghe catene di atomi di carbonio e idrogeno degli acidi carbossilici hanno quello che i chimici chiamano un carattere “idrofobico”, che significa letteralmente “che ha paura dell’acqua” e indica la scarsissima affinità che queste catene hanno nei confronti dell’acqua, nella quale sono pertanto insolubili. Queste catene hanno invece affinità per i grassi, sono cioè lipofile. Per contro il gruppo carbossilico salificato da ioni metallici ha un carattere idrofilo, cioè ha molta affinità nei confronti dell’acqua. Questo deriva dalla presenza di una carica elettrica negativa che può interagire con le molecole d'acqua, che presentano a loro volta una parziale separazione di carica elettrica (i chimici affermano che sono molecole polari). Le molecole del sapone in acqua tendono ad aggregarsi tra loro in piccole sferette al cui interno si concentrano le catene idrofobe. Sulla superficie delle sferette (dette micelle), invece, si distribuiscono le teste idrofile, costituite dai gruppi carbossilati carichi negativamente. La superficie idrofila consente loro di disperdersi nell'acqua creando una sospensione. Se sono però presenti sostanze grasse (come generalmente accade nello sporco), esse vengono inglobate all'interno delle micelle tra le catene lipofile. In tal modo lo sporco può disperdersi in acqua e può essere pertanto allontanato. Quando ci si fa la doccia, o in maniera ancora più evidente quando ci si fa il bagno nella vasca, può capitare di vedere sul fondo dei depositi grigiastri che fanno pensare, con una certa meraviglia, di essere stati davvero molto sporchi. In realtà non dipendono da noi, ma spesso derivano dalla presenza di sali di calcio o di magnesio nell’acqua utilizzata. La presenza di questi sali determina ciò che i chimici chiamano durezza di un'acqua. Una durezza elevata può spesso rendere sgradevole il sapore dell’acqua e può creare problemi di incrostazione (il calcare). Gli ioni di calcio e magnesio presenti nell’acqua possono inoltre reagire con il sapone prendendo il posto degli ioni sodio e potassio. Mentre i saponi di sodio e potassio sono solubili, quelli di calcio e magnesio sono al contrario insolubili e sono responsabili degli inquietanti depositi grigiastri che osserviamo talvolta sul fondo della vasca. Le proprietà dei saponi di formare micelle è comune agli altri detergenti. Tutte le sostanze che presentano queste caratteristiche sono chiamate tensioattivi (o surfattanti, dall’inglese surface-active agents) perché hanno la proprietà di abbassare la cosiddetta tensione superficiale dell’acqua.

I tensioattivi, come i saponi, hanno molecole che presentano una parte idrofila e una idrofoba
(in generale queste molecole vengono chiamate anfifiliche). Oltre a formare le micelle, esse si dispongono sulla superficie dell'acqua con la parte idrofila verso il basso e la parte idrofoba verso l'alto. Questa sorta di pellicola superficiale di molecole di tensioattivo abbassa la tensione superficiale dell'acqua.  A seconda delle loro caratteristiche chimiche, i tensioattivi vengono classificati in varie categorie. I tensioattivi anionici (gli anioni, in generale, sono gli ioni negativi) sono di solito costituiti da sali formati da lunghe catene di atomi di carbonio, terminanti con particolari gruppi carichi negativamente. I saponi appartengono a questa categoria e, come abbiamo visto, il gruppo negativo è un carbossile salificato (ione carbossilato).

Molti dei tensioattivi che abbiamo citato si ritrovano negli altri prodotti presenti sulla mensolina del box doccia.
In uno shampoo vi è generalmente un contenuto medio in tensioattivi puri (la cosiddetta SAL = Stanza Attiva Lavante) che può variare dal 5 al 15%. Il tensioattivo primario è costituito di solito da sodio laurilsolfato o da altri alchilsolfati. È inoltre presente un tensioattivo migliorativo che ha la funzione di attenuare l’aggressività di quello primario. Vengono inoltre addizionate sostanze funzionali specifiche (emolliente per capelli secchi, antiforfora ecc.), eventuali addensanti (fattore di consistenza) per ottenere la densità desiderata, profumi ed essenze, conservanti, eventuali coloranti e altri additivi che possono rendere il prodotto finale limpido od opaco (ad esempio, etilenglicostearato, stearamido MEA stearato o, per un aspetto lattescente, particolari emulsioni).  
In un bagnoschiuma (o bagno doccia) sono generalmente presenti miscele più concentrate di tensioattivi. In media la sostanza attiva lavante totale è circa il doppio rispetto allo shampoo. Anche la quantità di profumo è nettamente maggiore: da 5 a 10 volte più che in uno shampoo. I bagnoschiuma possono avere diverse consistenze (limpidi, perlacei, opachi) e talvolta contenere microsfere per il cosiddetto effetto scrub (leggero effetto abrasivo per pulizia profonda ed eliminazione delle cellule morte della pelle). Una via di mezzo tra uno shampoo e un bagnoschiuma sono i cosiddetti shampoo-doccia. Essi hanno un contenuto intermedio sia di sostanza attiva lavante che di profumo. 
Il balsamo per capelli ha diverse funzioni:
deve compensare l'eccessiva asportazione di sebo dopo il lavaggio; deve ridurre l'elettricità statica e aumentare la brillantezza del capello, mantenendone la caratteristica struttura a strati sovrapposti e favorendone quindi la maneggevolezza. I diversi componenti di un balsamo devono svolgere particolari funzioni. Sono infatti presenti: gli idratanti, che mantengono l'idratazione del capelli; i ricostituenti, contenenti di solito proteine idrolizzate, il cui scopo è quello di penetrare nei capelli e rafforzarne la struttura; gli acidificanti, che mantengono l'acidità dei balsami a valori ottimali; i protettori termici che proteggono i capelli contro l'eccessivo calore derivante da phon o arricciacapelli; gli emollienti, costituiti spesso da siliconi, che rendono più lucenti i capelli legandosi alla loro superficie; gli oli, che rendono i capelli secchi e porosi più soffici e docili; e, infine, gli immancabili tensioattivi. Nei balsami si utilizzano generalmente tensioattivi cationici. Le loro cariche positive neutralizzano infatti la carica anionica del capello. Oltre ai tensioattivi sono generalmente presenti gli agenti filmogeni: si tratta di sostanze, quali il polivinilpirrolidone e agenti proteici derivati dal collagene o dalla placenta, che hanno la capacità di penetrare nel fusto del capello migliorandone la consistenza e la robustezza. Sono inoltre presenti sostanze foto-protettrici per proteggere i capelli dalla luce eccessiva che potrebbe produrre la foto-ossidazione della melanina (nei soggetti bruni) e il cosiddetto photo-yellowing (nei soggetti biondi). Quest’ultimo fenomeno consiste in un ingiallimento dei capelli che sembra originato dalla degradazione della cistina, della tirosina e del triptofano, amminoacidi presenti nel bulbo del capello. Le sostanze utilizzate a tale scopo sono i benzofenoni e l'acido 4-amminobenzoico. Possono infine essere presenti particolari componenti, chiamati condizionanti "rinse" (risciacquo), che hanno lo scopo di rimuovere gli eventuali sali di calcio e magnesio presenti nell'acqua se essa è particolarmente dura.

Per i contenuti si ringrazia Silvano Fuso, divulgatore e autore del libro "Chimica quotidiana. Ventiquattro ore nella vita di un uomo qualunque".

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