Sfondo

Il bicarbonato di sodio è una polvere cristallina bianca (NaHCO3) meglio conosciuta dai chimici come bicarbonato di sodio, bicarbonato di soda, idrogenocarbonato di sodio, o carbonato acido di sodio. È classificato come un sale acido, formato dalla combinazione di un acido (carbonico) e una base (idrossido di sodio), e reagisce con altre sostanze chimiche come un alcali delicato. A temperature superiori ai 300 gradi Fahrenheit (149 gradi Celsius), il bicarbonato di sodio si decompone in carbonato di sodio (una sostanza più stabile), acqua e anidride carbonica.

Le proprietà chimiche e fisiche native del bicarbonato di sodio spiegano la sua vasta gamma di applicazioni, tra cui la pulizia, la deodorazione, il buffering e l’estinzione degli incendi. Il bicarbonato di sodio neutralizza gli odori chimicamente, piuttosto che mascherarli o assorbirli. Di conseguenza, è usato nei sali da bagno e nelle polveri deodoranti per il corpo. Il bicarbonato di sodio tende a mantenere un pH di 8,1 (7 è neutro) anche quando si aggiungono alla soluzione acidi, che abbassano il pH, o basi, che lo alzano. La sua capacità di pastigliare lo rende un buon ingrediente effervescente negli antiacidi e nei prodotti per la pulizia delle dentiere. Il bicarbonato di sodio si trova anche in alcuni collutori antiplacca e nei dentifrici. Quando il bicarbonato di sodio è usato come detergente in forma di pasta o a secco su una spugna umida, la sua struttura cristallina fornisce una delicata abrasione che aiuta a rimuovere lo sporco senza graffiare le superfici sensibili. La sua leggera alcalinità lavora per trasformare gli acidi grassi contenuti nello sporco e nel grasso in una forma di sapone che può essere sciolto in acqua e risciacquato facilmente. Il bicarbonato di sodio è anche usato come agente lievitante nella preparazione di prodotti da forno come il pane o le frittelle. Quando è combinato con un agente acido (come il succo di limone), il gas di anidride carbonica viene rilasciato e viene assorbito dalle cellule del prodotto. Quando il gas si espande durante la cottura, anche le pareti delle cellule si espandono, creando un prodotto lievitato.

Oltre ai suoi molti usi domestici, il bicarbonato di sodio ha anche molte applicazioni industriali. Per esempio, il bicarbonato rilascia anidride carbonica quando viene riscaldato. Poiché l’anidride carbonica è più pesante dell’aria, può soffocare le fiamme tenendo fuori l’ossigeno, rendendo il bicarbonato di sodio un agente utile negli estintori. Altre applicazioni includono il controllo dell’inquinamento atmosferico (perché assorbe l’anidride solforosa e altre emissioni di gas acidi), sabbiature abrasive per la rimozione di rivestimenti superficiali, produzione chimica, concia delle pelli, fluidi di perforazione dei pozzi petroliferi (perché precipita il calcio e agisce come lubrificante), produzione di gomma e plastica, produzione di carta, lavorazione tessile, e trattamento delle acque (perché riduce il livello di piombo e altri metalli pesanti).

Importato dall’Inghilterra, il bicarbonato di sodio fu usato per la prima volta in America durante il periodo coloniale, ma non fu prodotto negli Stati Uniti fino al 1839. Nel 1846, Austin Church, un medico del Connecticut, e John Dwight, un agricoltore del Massachusetts, stabilirono una fabbrica a New York per produrre bicarbonato di sodio. Il figlio del dottor Church, John, possedeva un mulino chiamato Vulcan Spice Mills. Vulcano, il dio romano della forgia e del fuoco, era rappresentato da un braccio e un martello, e la nuova azienda di bicarbonato di sodio adottò il logo del braccio e del martello come proprio. Oggi, il marchio Arm & Hammer di bicarbonato di sodio è tra i marchi più ampiamente riconosciuti.

Denominato da Nicolas Leblanc, il chimico francese che lo inventò, il processo Leblanc fu il primo mezzo di produzione di soda (Na2CO3), da cui si ricava il bicarbonato di sodio. Il cloruro di sodio (sale da cucina) veniva riscaldato con acido solforico, producendo solfato di sodio e acido cloridrico. Il solfato di sodio veniva poi riscaldato con carbone e calcare per formare carbonato di sodio, o carbonato di sodio.

Alla fine del 1800, un altro metodo per produrre carbonato di sodio fu ideato da Ernest Solvay, un ingegnere chimico belga. Il metodo Solvay fu presto adattato negli Stati Uniti, dove sostituì il processo Leblanc. Nel processo Solvay, l’anidride carbonica e l’ammoniaca sono passate in una soluzione concentrata di cloruro di sodio. Il bicarbonato di sodio grezzo precipita fuori e viene riscaldato per formare la soda, che viene poi ulteriormente trattata e raffinata per formare bicarbonato di sodio di purezza United States Pharnacopoeia (U.S.P.).

Anche se questo metodo di produzione della soda è ampiamente usato, è anche problematico perché le sostanze chimiche utilizzate nel processo sono inquinanti e causano problemi di smaltimento. Un’alternativa è quella di raffinare la soda dal minerale trona, un deposito naturale.

Materie prime

La soda, o bicarbonato di sodio, deriva dalla soda ottenuta attraverso il processo Solvay o dal minerale trona, un materiale duro e cristallino. Trona risale a 50 milioni di anni fa, quando la terra che circonda Green River, Wyoming, era coperta da un lago di 600 miglia quadrate (1.554 chilometri quadrati). Evaporando nel tempo, questo lago ha lasciato un deposito di 200 miliardi di tonnellate di trona pura tra strati di arenaria e scisto. Il deposito del Green River Basin è abbastanza grande da soddisfare l’intero fabbisogno mondiale di soda e bicarbonato di sodio per migliaia di anni.

Poiché il processo sintetico usato nel metodo Solvay presentava alcuni problemi di inquinamento, Church & Dwight Co. Inc. sta basando sempre più la sua produzione sull’estrazione di trona. Un altro grande produttore di soda, la FMC Corporation, si basa anch’esso sul trona per produrre soda e bicarbonato di sodio. Trona è estratto a 1.500 piedi (457,2 metri) sotto la superficie. I pozzi della miniera di FMC contengono quasi 2.500 (4.022,5 chilometri) miglia di gallerie e coprono 24 miglia quadrate (62 chilometri quadrati). Larghe 4,57 metri e alte 2,74 metri, queste gallerie permettono alle attrezzature e ai veicoli necessari di attraversarle.

Il processo di produzione

Fare la soda

• 1 La soda può essere prodotta chimicamente usando il processo Solvay, o può essere fatta dal minerale trona. Se si usa il minerale di trona, deve essere prima estratto. Dopo essere stato portato in superficie, il minerale di trona viene trasportato in una varietà di impianti di lavorazione. Lì, il minerale viene raffinato in un impasto di sesquicarbonato di sodio, un prodotto intermedio di soda che in realtà contiene sia soda (carbonato di sodio) che bicarbonato di sodio (bicarbonato di sodio).

Fare il bicarbonato

• 2 Successivamente, la soluzione intermedia di soda viene messa in una centrifuga, che separa il liquido dai cristalli. I cristalli sono poi sciolti in una soluzione di bicarbonato (una soluzione di soda fatta dal produttore) in un dissolutore rotante, diventando così una soluzione satura. Questa soluzione viene filtrata per rimuovere qualsiasi materiale non solubile e viene poi pompata attraverso un serbatoio di alimentazione fino alla cima di una torre di carbonatazione.
• 3 L’anidride carbonica purificata viene introdotta nella parte inferiore della torre e tenuta sotto pressione. Mentre la soluzione satura di sodio si muove attraverso la torre, si raffredda e reagisce con l’anidride carbonica per formare cristalli di bicarbonato di sodio. Questi cristalli sono raccolti sul fondo della torre e trasferiti in un’altra centrifuga, dove la soluzione in eccesso (filtrato) viene filtrata. I cristalli vengono poi lavati in una soluzione di bicarbonato, formando una sostanza simile a una torta pronta per l’essiccazione. Il filtrato che viene rimosso dalla centrifuga viene riciclato al dissolutore rotante, dove viene utilizzato per saturare più cristalli di soda intermedi.
• 4 Il panetto lavato viene poi asciugato su un nastro trasportatore continuo o in un essiccatore verticale chiamato flash dryer. La resa teorica del processo, secondo la Church & Dwight Company, è tra il 90 e il 95 per cento, e il bicarbonato di sodio prodotto è più puro del 99 per cento.

Selezione e stoccaggio dei diversi gradi

• 5 Successivamente, i cristalli essiccati di bicarbonato di sodio sono separati in vari gradi per dimensione delle particelle. I gradi standard di bicarbonato di sodio e i gradi speciali sono prodotti per soddisfare i requisiti specifici dei clienti, e la dimensione delle particelle è il principale fattore determinante dei gradi. I gradi in polvere #1 e il granulare fine #2 hanno un’ampia gamma di usi nei prodotti alimentari, chimici e farmaceutici. I gradi granulari #4 e #5 si trovano in alimenti e ciambelle, composti di pulizia, prodotti farmaceutici e molti altri prodotti. Il bicarbonato di sodio di grado industriale è usato in diverse applicazioni, compresi i fluidi di perforazione dei pozzi petroliferi, i materiali per l’estinzione degli incendi e il trattamento dell’acqua.
• 6 Ogni grado va in un contenitore dove l’atmosfera, l’anidride carbonica e il contenuto di umidità sono controllati per “curare” il prodotto. Una volta curati, i gradi sono pronti per essere imballati e spediti.

Controllo di qualità

La qualità del bicarbonato di sodio è controllata in ogni fase del processo produttivo. I materiali, le attrezzature e il processo stesso sono selezionati per produrre bicarbonato di sodio della massima qualità possibile. Secondo fonti di FMC, quando l’azienda ha costruito gli impianti, ha scelto materiali e attrezzature che fossero compatibili con i severi requisiti di qualità per la produzione di bicarbonato di sodio di grado farmaceutico. FMC usa anche il controllo statistico del processo (SPC) per mantenere una qualità giornaliera invariata, e i parametri operativi chiave sono registrati per mantenere il controllo del processo. I parametri di qualità del prodotto sono registrati per numero di lotto e i campioni sono conservati per due o tre anni.

Tutti i gradi U.S.P. soddisfano le specifiche della Farmacopea degli Stati Uniti e del Food Chemicals Codex per l’uso in applicazioni farmaceutiche e alimentari. Inoltre, il bicarbonato di sodio per uso alimentare soddisfa i requisiti specificati dalla U.S. Food and Drug Administration come sostanza generalmente riconosciuta come sicura (GRAS).

Il futuro

A cavallo del ventesimo secolo, 53.000 tonnellate (48.071 tonnellate metriche) di bicarbonato di sodio venivano vendute ogni anno. Mentre la popolazione aumentava drammaticamente, le vendite nel 1990 erano scese a circa 32.000 tonnellate (29.024 tonnellate metriche) all’anno. La farina a lievitazione automatica e le miscele di torte e biscotti hanno diminuito la domanda di bicarbonato di sodio come importante ingrediente di cottura. Tuttavia, la domanda del prodotto è ancora significativa. I panettieri commerciali (in particolare i produttori di biscotti) sono uno dei principali utenti di questo prodotto. Uno degli attributi più importanti del bicarbonato di sodio è che, se esposto al calore, rilascia anidride carbonica (CO2) che fa lievitare i prodotti da forno. Il bicarbonato di sodio è usato anche nell’industria farmaceutica e sanitaria, e ha anche altre applicazioni industriali. Quindi continua ad essere un prodotto importante per oggi e per il futuro.

Dove saperne di più

Libri

Coyle, L. Patrick, Jr. L’enciclopedia mondiale del cibo. Facts on File, 1982.

Root, Waverley e Richard de Rochemont. Mangiare in America: A History. William Morrow & Co., Inc., 1976.

Periodici e opuscoli

Grosswirth, Marvin. “Le meraviglie di NaHCO3”, Science Digest. Marzo, 1976.

Storia del braccio &Marchio Hammer. Church & Dwight Co., Inc.

Bicarbonato di sodio. FMC Corporation.

Bicarbonato di sodio – Proprietà chimiche, produzione. Church & Dwight Co., Inc.

-Eva Sideman