背景
重曹は白い結晶性の粉末（NaHCO3）で、化学者にとっては炭酸水素ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、または酸性炭酸塩としてよく知られています。 酸（炭酸）と塩基（水酸化ナトリウム）が結合してできた酸塩に分類され、他の化学物質とは弱アルカリとして反応する。 華氏300度（摂氏149度）以上の温度では、重曹は炭酸ナトリウム（より安定な物質）、水、二酸化炭素に分解される。
重曹が洗浄、消臭、緩衝、消火など幅広い用途に使用できるのは、重曹の本来の化学・物理特性によるものだ。 重曹は、臭いを覆い隠したり吸収したりするのではなく、化学的に中和します。 そのため、入浴剤やデオドラントボディパウダーなどに使われています。 重曹は、pHを下げる酸や上げる塩基を加えてもpH8.1（7が中性）を維持する性質があります。 そのため、制酸剤や入れ歯洗浄剤などの発泡剤に適しています。 炭酸水素ナトリウムはまたある抗プラーク洗口製品および歯磨き粉にあります。 重曹をペースト状にしたり、湿らせたスポンジにつけて乾燥させると、その結晶構造が穏やかな研磨作用をもたらし、敏感な表面を傷つけずに汚れを落とすのに役立ちます。 弱アルカリ性のため、汚れや油脂に含まれる脂肪酸を石鹸状にし、水に溶かして簡単に洗い流せます。 また、重曹はパンやホットケーキなどの焼き菓子を作る際の膨張剤としても使われています。 レモン果汁などの酸性物質と組み合わせると、炭酸ガスが発生し、製品の細胞に吸収されます。 焼成中にガスが膨張すると、細胞壁も膨張し、澱粉を含んだ製品ができる。
家庭での多くの用途に加えて、重曹は多くの産業用途も持っている。 たとえば、重曹は熱を加えると二酸化炭素を放出する。 二酸化炭素は空気より重いので、酸素を遮断して炎を鎮めることができ、重炭酸ナトリウムは消火器の有効成分にもなっています。 その他の用途としては、大気汚染防止（二酸化硫黄やその他の酸性ガスを吸収するため）、表面コーティングを除去するための研磨ブラスト、化学製造、皮革なめし、油井掘削液（カルシウムを沈殿させ潤滑油として働くため）、ゴムおよびプラスチック製造、製紙、繊維加工、水処理（鉛やその他の重金属を減少させるため）などが挙げられます。
イギリスから輸入された重曹は、植民地時代にアメリカで初めて使用されましたが、アメリカで生産されるようになったのは1839年です。 1846年、コネチカット州の医師オースティン・チャーチとマサチューセッツ州の農民ジョン・ドワイトがニューヨークに工場を設立し、重曹を製造した。 チャーチ博士の息子ジョンは、ヴァルカン・スパイス・ミルズという工場を所有していた。 ローマ神話の鍛冶と火の神であるヴァルカンは、腕とハンマーで表現されており、新しい重曹会社は腕とハンマーのロゴを自社のものとして採用したのである。
ルブラン製法は、これを発明したフランスの化学者ニコラ・ルブランの名にちなんで名づけられた。 塩化ナトリウム（食卓塩）を硫酸で加熱し、硫酸ナトリウムと塩酸を生成する。
1800年代後半、ベルギーの化学技術者であるアーネスト・ソルベイによって、別のソーダ灰の製造方法が考案された。 ソルベイ法はすぐに米国で採用され、ルブラン法に取って代わった。 ソルベイ法では、濃縮された塩化ナトリウムの溶液に二酸化炭素とアンモニアを通過させる。 粗炭酸ナトリウムが析出し、これを加熱してソーダ灰とし、さらにこれを処理して精製し、U.S.P.（United States Pharnacopoeia）純度の炭酸水素ナトリウムとする。
この方法で重曹灰は広く使われているが、工程で使用する化学物質が汚染物質で廃棄問題があることも問題であった。
原材料
重曹（炭酸水素ナトリウム）は、ソルベイ法またはトロナ鉱石という硬い結晶性の物質から得られるソーダ灰から作られます。 トロナの起源は5000万年前にさかのぼり、ワイオミング州グリーンリバー周辺の土地が600平方マイル（1554平方キロメートル）の湖に覆われていた時代にさかのぼります。 この湖は時間とともに蒸発し、砂岩と頁岩の層の間に2千億トンの純トロナの鉱床を残しました。 グリーンリバー流域の鉱床は、全世界のソーダ灰と炭酸水素ナトリウムの需要を数千年にわたって満たすのに十分な大きさです。
ソルベイ法で使用される合成プロセスには公害問題があったため、チャーチ&ドワイト社は、ますます多くの製造をトロナ採掘に基づいて行うようになっています。 また、ソーダ灰の大手メーカーであるFMC社も、ソーダ灰と炭酸水素ナトリウムの製造をトロナに依存しています。 トロナは、地下1,500フィート（457.2メートル）で採掘される。 FMC社の坑道は2,500マイル（4,022.5キロメートル）近くあり、24平方マイル（62平方キロメートル）に及んでいます。
製造工程
ソーダ灰の製造
- 1 ソーダ灰はソルベー法を用いて化学的に製造するか、トロナ鉱から作ることができる。 トロナ鉱石を使用する場合は、まず採掘しなければならない。 採掘されたトロナ鉱石は、地表に運ばれた後、さまざまな加工工場に運ばれる。 そこで鉱石はセスキ炭酸ソーダのスラリーに精製され、ソーダ灰（炭酸ナトリウム）と重曹（炭酸水素ナトリウム）の両方を含むソーダ灰の中間製品になります。 次に結晶をロータリーディゾルバーで重炭酸溶液（メーカー製ソーダ灰溶液）に溶解し、飽和溶液とする。 この溶液をろ過して非水溶性の物質を取り除き、供給タンクから炭酸化塔の最上部にポンプで送る。
- 3 精製炭酸ガスを塔の下部に導入して加圧保持する。 飽和ナトリウム溶液は塔内を移動しながら冷却され、二酸化炭素と反応して炭酸水素ナトリウムの結晶を形成する。 この結晶は塔の底に集められ、別の遠心分離機に移され、余分な溶液（濾液）が濾過される。 結晶は炭酸水素塩溶液で洗浄され、ケーキ状の物質となり、乾燥に備えられる。 遠心分離機から取り出された濾液はロータリーディゾルバーにリサイクルされ、より中間的なソーダ灰結晶の飽和に使われる。
- 4 洗浄されたフィルターケーキは、連続ベルトコンベアまたはフラッシュドライヤーと呼ばれる垂直チューブドライヤーで乾燥される。
Sorting and storing thedifferent grades
- 5 次に、炭酸水素ナトリウムの乾燥結晶を粒度によって様々なグレードに分けます。 炭酸水素ナトリウムの標準グレードと特殊グレードは、顧客の特定の要件に合わせて製造され、粒子径がグレードを決定する大きな要因となっています。 粉末状の1号と細粒状の2号は、食品、化学品、医薬品など幅広い用途に使用されています。 粒状の#4と#5は、食品やドーナツ、洗浄剤、医薬品など、さまざまな製品に使用されています。 工業用炭酸水素ナトリウムは、油井掘削液、消火剤、水処理などさまざまな用途に使用されています
- 6 それぞれのグレードは、製品を「硬化」させるために雰囲気、二酸化炭素、水分含有量を制御する保持容器に入れられます。
品質管理
炭酸水素ナトリウムの品質は、製造工程のすべての段階で管理されています。 材料、機器、プロセスそのものが、可能な限り最高の品質の炭酸水素ナトリウムを生み出すよう選択されます。 FMCの関係者によると、工場を建設する際には、医薬品グレードの炭酸水素ナトリウムを製造するための厳しい品質要件に適合するような材料や設備を選んでいるとのことです。 また、日々の品質を一定に保つために統計的工程管理（SPC）を導入し、主要な運転パラメータをグラフ化して工程管理を徹底しています。
すべての U.S.P. グレードは、医薬品および食品用途で使用するための米国薬局方および食品化学品コーデックスの仕様に適合しています。 さらに、食品グレードの炭酸水素ナトリウムは、一般に安全と認められる物質（GRAS）として米国食品医薬品局が指定する要件を満たしています。
The Future
20世紀の変わり目には、年間53000トン（48071メトリックトン）の重曹が販売されていました。 人口が激増する中、1990年には年間約32,000トン（29,024トン）まで販売量が減少しています。 セルフライジングフラワーやケーキ・ビスケットミックスの登場により、重要な製パン材料である重曹の需要は減少している。 それでもなお、その需要は大きい。 商業ベーカリー（特にクッキーメーカー）は、この製品の主要なユーザーの1つです。 炭酸水素ナトリウムの最大の特長は、熱を加えると炭酸ガス（CO2）が発生し、焼き菓子を膨らませることができることである。 また、炭酸水素ナトリウムは医薬品や健康産業にも使用されており、その他の産業分野にも応用されています。
Where To Learn More
BOOKS
Coyle, L. Patrick, Jr. 食の世界大百科事典. Facts on File, 1982.
Root, Waverley and Richard de Rochemont. Eating in America: 歴史. William Morrow & Co., Inc., 1976.
Periodicals and Pamphlets
Grosswirth, Marvin. “The Wonders of NaHCO3,” Science Digest. March, 1976.
腕の歴史&Hammer Trademark. チャーチ & ドワイト社
重炭酸ソーダ. FMCコーポレーション
炭酸水素ナトリウム-化学的性質、製造. チャーチ & ドワイトコーポレーション
エバサイドマン