Antecedentes
El bicarbonato de sodio es un polvo cristalino blanco (NaHCO3) más conocido por los químicos como bicarbonato de sodio, bicarbonato de sodio, hidrogenocarbonato de sodio o carbonato ácido de sodio. Se clasifica como una sal ácida, formada por la combinación de un ácido (carbónico) y una base (hidróxido de sodio), y reacciona con otros productos químicos como un álcali suave. A temperaturas superiores a los 300 grados Fahrenheit (149 grados Celsius), el bicarbonato de sodio se descompone en carbonato de sodio (una sustancia más estable), agua y dióxido de carbono.
Las propiedades químicas y físicas nativas del bicarbonato de sodio explican su amplia gama de aplicaciones, incluyendo la limpieza, la desodorización, la amortiguación y la extinción de incendios. El bicarbonato neutraliza los olores químicamente, en lugar de enmascararlos o absorberlos. Por eso se utiliza en sales de baño y polvos desodorantes para el cuerpo. El bicarbonato tiende a mantener un pH de 8,1 (7 es neutro) incluso cuando se añaden a la solución ácidos, que reducen el pH, o bases, que lo aumentan. Su capacidad de tabletización lo convierte en un buen ingrediente efervescente en antiácidos y productos de limpieza de prótesis dentales. El bicarbonato sódico también se encuentra en algunos productos de enjuague bucal antiplaca y en la pasta de dientes. Cuando el bicarbonato se utiliza como limpiador en forma de pasta o en seco sobre una esponja húmeda, su estructura cristalina proporciona una suave abrasión que ayuda a eliminar la suciedad sin rayar las superficies sensibles. Su leve alcalinidad actúa para convertir los ácidos grasos contenidos en la suciedad y la grasa en una forma de jabón que puede disolverse en el agua y aclararse fácilmente. El bicarbonato de sodio también se utiliza como agente leudante en la elaboración de productos de panadería, como el pan o las tortitas. Cuando se combina con un agente ácido (como el zumo de limón), se libera gas de dióxido de carbono que es absorbido por las células del producto. A medida que el gas se expande durante la cocción, las paredes celulares también se expanden, creando un producto leudado.
Además de sus muchos usos domésticos, el bicarbonato de sodio también tiene muchas aplicaciones industriales. Por ejemplo, el bicarbonato libera dióxido de carbono cuando se calienta. Como el dióxido de carbono es más pesado que el aire, puede sofocar las llamas impidiendo la entrada de oxígeno, lo que convierte al bicarbonato de sodio en un agente útil en los extintores. Otras aplicaciones incluyen el control de la contaminación atmosférica (porque absorbe el dióxido de azufre y otras emisiones de gases ácidos), el chorreado abrasivo para la eliminación de revestimientos superficiales, la fabricación de productos químicos, el curtido de pieles, los fluidos de perforación de pozos petrolíferos (porque precipita el calcio y actúa como lubricante), la fabricación de caucho y plásticos, la fabricación de papel, el procesamiento textil y el tratamiento del agua (porque reduce el nivel de plomo y otros metales pesados).
Importado de Inglaterra, el bicarbonato de sodio se utilizó por primera vez en América durante la época colonial, pero no se produjo en Estados Unidos hasta 1839. En 1846, Austin Church, un médico de Connecticut, y John Dwight, un agricultor de Massachusetts, establecieron una fábrica en Nueva York para fabricar bicarbonato de sodio. El hijo del Dr. Church, John, era propietario de un molino llamado Vulcan Spice Mills. Vulcano, el dios romano de la forja y el fuego, estaba representado por un brazo y un martillo, y la nueva empresa de bicarbonato adoptó el logotipo del brazo y el martillo como propio. Hoy en día, la marca Arm & Hammer de bicarbonato de sodio es una de las más reconocidas.
Nombrado en honor a Nicolas Leblanc, el químico francés que lo inventó, el proceso Leblanc fue el primer medio de fabricación de sosa (Na2CO3), de la que se obtiene el bicarbonato de sodio. El cloruro de sodio (sal de mesa) se calentaba con ácido sulfúrico, produciendo sulfato de sodio y ácido clorhídrico. A continuación, el sulfato de sodio se calentaba con carbón y piedra caliza para formar carbonato de sodio, o ceniza de sosa.
A finales del siglo XIX, Ernest Solvay, un ingeniero químico belga, ideó otro método para producir ceniza de sosa. El método Solvay pronto se adaptó en Estados Unidos, donde sustituyó al proceso Leblanc. En el proceso Solvay, el dióxido de carbono y el amoníaco se introducen en una solución concentrada de cloruro de sodio. El bicarbonato de sodio crudo se precipita y se calienta para formar ceniza de soda, que luego se trata y se refina para formar bicarbonato de sodio de la pureza de la Farnacopoeia de los Estados Unidos (U.S.P.).
Aunque este método de producción de ceniza de soda para hornear se utiliza ampliamente, también es problemático porque los productos químicos utilizados en el proceso son contaminantes y causan problemas de eliminación. Una alternativa es refinar el carbonato de sodio a partir del mineral de trona, un yacimiento natural.
Materiales en bruto
El bicarbonato de sodio, o bicarbonato de sodio, procede del carbonato de sodio obtenido mediante el proceso Solvay o del mineral de trona, un material duro y cristalino. La trona se remonta a hace 50 millones de años, cuando las tierras que rodean Green River (Wyoming) estaban cubiertas por un lago de 1.554 kilómetros cuadrados. Al evaporarse con el tiempo, este lago dejó un depósito de 200.000 millones de toneladas de trona pura entre capas de arenisca y pizarra. El depósito de la cuenca del río Green es lo suficientemente grande como para satisfacer las necesidades mundiales de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio durante miles de años.
Debido a que el proceso sintético utilizado en el método Solvay presentaba algunos problemas de contaminación, Church & Dwight Co. Inc. está basando cada vez más su fabricación en la extracción de trona. Otro gran productor de carbonato de sodio, la FMC Corporation, también se basa en la trona para fabricar carbonato de sodio y bicarbonato de sodio. La trona se extrae a 457,2 metros de profundidad. Los pozos de la mina de FMC contienen casi 4.022,5 kilómetros de túneles y cubren 62 kilómetros cuadrados. Con una anchura de 4,57 metros y una altura de 2,74 metros, estos túneles permiten el paso del equipo y los vehículos necesarios.
Proceso de fabricación
Fabricación de ceniza de sosa
- 1 La ceniza de sosa puede fabricarse químicamente mediante el proceso Solvay o a partir del mineral de trona. Si se utiliza el mineral de trona, primero hay que extraerlo. Una vez sacado a la superficie, el mineral de trona se transporta a diversas plantas de procesamiento. Allí, el mineral se refina y se convierte en una suspensión de sesquicarbonato de sodio, un producto intermedio de ceniza de sosa que en realidad contiene ceniza de sosa (carbonato de sodio) y bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio).
Fabricación de bicarbonato de sodio
- 2 A continuación, la solución intermedia de ceniza de sosa se introduce en una centrifugadora, que separa el líquido de los cristales. A continuación, los cristales se disuelven en una solución de bicarbonato (una solución de carbonato de sodio elaborada por el fabricante) en un disolvedor rotativo, convirtiéndose así en una solución saturada. Esta solución se filtra para eliminar cualquier material no soluble y, a continuación, se bombea a través de un tanque de alimentación hasta la parte superior de una torre de carbonatación.
- 3 El dióxido de carbono purificado se introduce en la parte inferior de la torre y se mantiene bajo presión. A medida que la solución saturada de sodio se desplaza por la torre, se enfría y reacciona con el dióxido de carbono para formar cristales de bicarbonato de sodio. Estos cristales se recogen en el fondo de la torre y se transfieren a otra centrifugadora, donde se filtra el exceso de solución (filtrado). A continuación, los cristales se lavan en una solución de bicarbonato, formando una sustancia similar a una torta, lista para el secado. El filtrado que se retira de la centrífuga se recicla al disolvedor rotatorio, donde se utiliza para saturar más cristales intermedios de ceniza de sosa.
- 4 La torta de filtrado lavada se seca entonces en una cinta transportadora continua o en un secador de tubo vertical llamado secador flash. El rendimiento teórico del proceso, según la Church & Dwight Company, está entre el 90 y el 95 por ciento, y el bicarbonato fabricado tiene una pureza superior al 99 por ciento.
Clasificación y almacenamiento de los diferentes grados
- 5 A continuación, los cristales secos de bicarbonato de sodio se separan en varios grados según el tamaño de las partículas. Se fabrican grados estándar de bicarbonato de sodio y grados especiales para satisfacer los requisitos específicos de los clientes, y el tamaño de las partículas es el principal determinante de los grados. El polvo #1 y el granulado fino #2 tienen una amplia gama de usos en alimentos, productos químicos y farmacéuticos. Los grados granulares #4 y #5 se encuentran en alimentos y rosquillas, compuestos de limpieza, productos farmacéuticos y muchos otros productos. El bicarbonato de sodio de grado industrial se utiliza en diversas aplicaciones, como los fluidos de perforación de pozos petrolíferos, los materiales de extinción de incendios y el tratamiento del agua.
- 6 Cada grado va a un depósito de retención donde se controla la atmósfera, el dióxido de carbono y el contenido de humedad para «curar» el producto. Una vez curado, los grados están listos para ser envasados y enviados.
Control de calidad
La calidad del bicarbonato de sodio se controla en cada etapa del proceso de fabricación. Los materiales, el equipo y el propio proceso se seleccionan para obtener bicarbonato de sodio de la mayor calidad posible. Según fuentes de FMC, cuando la empresa construyó las plantas, eligió materiales y equipos que fueran compatibles con los estrictos requisitos de calidad para fabricar bicarbonato sódico de calidad farmacéutica. FMC también utiliza el Control Estadístico de Procesos (CEP) para mantener una calidad diaria invariable, y los parámetros operativos clave se registran para mantener el control del proceso. Los parámetros de calidad del producto se registran por número de lote, y las muestras se conservan de dos a tres años.
Todos los grados U.S.P. cumplen las especificaciones de la Farmacopea de los Estados Unidos y del Codex de Productos Químicos Alimentarios para su uso en aplicaciones farmacéuticas y alimentarias. Además, el bicarbonato de sodio de grado alimentario cumple los requisitos especificados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos como sustancia generalmente reconocida como segura (GRAS).
El futuro
A principios del siglo XX, se vendían anualmente 53.000 toneladas (48.071 toneladas métricas) de bicarbonato de sodio. Aunque la población aumentó considerablemente, en 1990 las ventas se redujeron a unas 32.000 toneladas (29.024 toneladas métricas) al año. La harina auto-levantada y las mezclas para pasteles y galletas han disminuido la demanda de bicarbonato de sodio como importante ingrediente de repostería. No obstante, la demanda del producto sigue siendo importante. Los panaderos comerciales (especialmente los fabricantes de galletas) son uno de los principales usuarios de este producto. Uno de los atributos más importantes del bicarbonato de sodio es que, cuando se expone al calor, libera gas de dióxido de carbono (CO2) que hace que los productos de panadería suban. El bicarbonato sódico también se utiliza en la industria farmacéutica y sanitaria, y tiene otras aplicaciones industriales. Por lo tanto, sigue siendo un producto importante para hoy y para el futuro.
Donde aprender más
Libros
Coyle, L. Patrick, Jr. La enciclopedia mundial de los alimentos. Facts on File, 1982.
Root, Waverley y Richard de Rochemont. Eating in America: A History. William Morrow & Co., Inc., 1976.
Periódicos y folletos
Grosswirth, Marvin. «Las maravillas del NaHCO3», Science Digest. March, 1976.
Historia de la marca Hammer &. Church & Dwight Co., Inc.
Bicarbonato de sodio. FMC Corporation.
Bicarbonato de sodio -Propiedades químicas, fabricación. Church & Dwight Co., Inc.
Eva Sideman