Kontekst

Soda oczyszczona to biały krystaliczny proszek (NaHCO3) lepiej znany chemikom jako wodorowęglan sodu, wodorowęglan sodu, wodorowęglan sodu lub kwaśny węglan sodu. Jest on klasyfikowany jako sól kwasowa, tworzona przez połączenie kwasu (węglowego) i zasady (wodorotlenku sodu), i reaguje z innymi chemikaliami jako łagodna zasada. W temperaturach powyżej 300 stopni Fahrenheita (149 stopni Celsjusza), soda oczyszczona rozkłada się na węglan sodu (bardziej stabilna substancja), wodę i dwutlenek węgla.

Naturalne właściwości chemiczne i fizyczne sody oczyszczonej odpowiadają za jej szeroki zakres zastosowań, w tym czyszczenie, dezodoryzację, buforowanie i gaszenie pożarów. Soda oczyszczona neutralizuje chemicznie zapachy, zamiast je maskować lub pochłaniać. W związku z tym jest stosowana w solach kąpielowych i dezodorantach do ciała. Soda oczyszczona ma tendencję do utrzymywania pH na poziomie 8,1 (7 jest neutralne), nawet jeśli do roztworu doda się kwasy, które obniżają pH, lub zasady, które podwyższają pH. Jej zdolność do tabletkowania sprawia, że jest ona dobrym składnikiem musującym w środkach zobojętniających i produktach do czyszczenia protez zębowych. Wodorowęglan sodu znajduje się również w niektórych produktach do płukania ust i pastach do zębów zapobiegających powstawaniu płytki nazębnej. Kiedy soda oczyszczona jest używana jako środek czyszczący w formie pasty lub na sucho na wilgotnej gąbce, jej krystaliczna struktura zapewnia delikatne ścieranie, które pomaga usunąć brud bez zarysowania wrażliwych powierzchni. Jej łagodna zasadowość przekształca kwasy tłuszczowe zawarte w brudzie i tłuszczu w formę mydła, które można rozpuścić w wodzie i łatwo spłukać. Soda oczyszczona jest również używana jako zaczyn do wypieków, takich jak chleb czy naleśniki. W połączeniu z kwaśnym środkiem (takim jak sok z cytryny) uwalnia się dwutlenek węgla, który zostaje wchłonięty przez komórki produktu. Ponieważ gaz rozszerza się podczas pieczenia, ściany komórkowe również się rozszerzają, tworząc zakwaszony produkt.

Oprócz wielu zastosowań domowych, soda oczyszczona ma również wiele zastosowań przemysłowych. Na przykład, soda oczyszczona uwalnia dwutlenek węgla po podgrzaniu. Ponieważ dwutlenek węgla jest cięższy od powietrza, może on tłumić płomienie, nie dopuszczając tlenu, co czyni wodorowęglan sodu użytecznym środkiem w gaśnicach. Inne zastosowania obejmują kontrolę zanieczyszczenia powietrza (ponieważ absorbuje dwutlenek siarki i inne kwaśne emisje gazowe), obróbkę ścierną do usuwania powłok powierzchniowych, produkcję chemiczną, garbowanie skór, płyny do odwiertów naftowych (ponieważ wytrąca wapń i działa jako smar), produkcję gumy i tworzyw sztucznych, produkcję papieru, przetwarzanie tekstyliów i uzdatnianie wody (ponieważ zmniejsza poziom ołowiu i innych metali ciężkich).

Importowana z Anglii, soda oczyszczona była po raz pierwszy użyta w Ameryce w czasach kolonialnych, ale nie była produkowana w Stanach Zjednoczonych do 1839 roku. W 1846 r. Austin Church, lekarz z Connecticut i John Dwight, rolnik z Massachusetts, założyli w Nowym Jorku fabrykę produkującą sodę oczyszczoną. Syn doktora Churcha, John, był właścicielem młyna zwanego Vulcan Spice Mills. Wulkan, rzymski bóg kuźni i ognia, był reprezentowany przez ramię i młot, a nowa firma sody oczyszczonej przyjęła ramię i młot logo jako własne. Dziś marka Arm & Hammer sody oczyszczonej jest jedną z najbardziej rozpoznawalnych marek.

Nazywana imieniem Nicolasa Leblanca, francuskiego chemika, który ją wynalazł, proces Leblanca był najwcześniejszym sposobem wytwarzania sody (Na2CO3), z której wytwarza się wodorowęglan sodu. Chlorek sodu (sól kuchenna) był podgrzewany z kwasem siarkowym, w wyniku czego powstawał siarczan sodu i kwas solny. Siarczan sodu był następnie podgrzewany z węglem i kamieniem wapiennym, tworząc węglan sodu lub sodę kalcynowaną.

Pod koniec 1800 roku, inna metoda produkcji sody kalcynowanej została opracowana przez Ernesta Solvaya, belgijskiego inżyniera chemicznego. Metoda Solvaya została wkrótce zaadaptowana w Stanach Zjednoczonych, gdzie zastąpiła proces Leblanca. W procesie Solvaya dwutlenek węgla i amoniak są wprowadzane do stężonego roztworu chlorku sodu. Surowy wodorowęglan sodu wytrąca się i jest ogrzewany, tworząc sodę kalcynowaną, która jest następnie dalej przetwarzana i rafinowana, tworząc wodorowęglan sodu o czystości zgodnej z Farmakopeą Stanów Zjednoczonych (U.S.P.).

Mimo że ta metoda wytwarzania sody oczyszczonej jest szeroko stosowana, jest ona również problematyczna, ponieważ chemikalia stosowane w tym procesie są substancjami zanieczyszczającymi i powodują problemy z usuwaniem. Alternatywą jest rafinacja sody kalcynowanej z rudy trony, naturalnego złoża.

Surowce

Soda oczyszczona, czyli wodorowęglan sodu, pochodzi z sody kalcynowanej otrzymywanej w procesie Solvaya lub z rudy trony, twardego, krystalicznego materiału. Trona pochodzi sprzed 50 milionów lat, z czasów, gdy tereny otaczające Green River, Wyoming, były pokryte jeziorem o powierzchni 600 mil kwadratowych (1,554 km2). Jezioro to, wyparowując z czasem, pozostawiło 200-miliardowe złoże czystej trony pomiędzy warstwami piaskowca i łupków. Złoże w Green River Basin jest wystarczająco duże, aby zaspokoić całe światowe zapotrzebowanie na sodę kalcynowaną i wodorowęglan sodu przez tysiące lat.

Ponieważ proces syntetyczny stosowany w metodzie Solvay przedstawiał pewne problemy z zanieczyszczeniem, Church & Dwight Co. Inc. opiera coraz więcej swojej produkcji na wydobyciu trony. Inny duży producent sody kalcynowanej, FMC Corporation, również opiera się na tronie do produkcji sody kalcynowanej i wodorowęglanu sodu. Trona jest wydobywana na głębokości 1500 stóp (457,2 metrów) pod powierzchnią ziemi. Szyby kopalni FMC zawierają prawie 2.500 (4.022,5 kilometra) mil tuneli i zajmują powierzchnię 24 mil kwadratowych (62 kilometrów kwadratowych). Piętnaście stóp (4,57 metra) szerokości i dziewięć stóp (2,74 metra) wysokości, tunele te pozwalają na przemieszczanie się przez nie niezbędnego sprzętu i pojazdów.

Proces produkcyjny

Produkcja sody kalcynowanej

• 1 Soda kalcynowana może być produkowana chemicznie przy użyciu procesu Solvaya lub może być wytwarzana z rudy trony. Jeśli używana jest ruda trony, musi ona zostać najpierw wydobyta. Po wydobyciu na powierzchnię, ruda trony jest transportowana do różnych zakładów przetwórczych. Tam ruda jest rafinowana na zawiesinę seskewęglanu sodu, pośredniego produktu sodowego, który w rzeczywistości zawiera zarówno sodę kalcynowaną (węglan sodu), jak i sodę oczyszczoną (wodorowęglan sodu).

Produkcja sody oczyszczonej

• 2 Następnie pośredni roztwór sody kalcynowanej jest umieszczany w wirówce, która oddziela ciecz od kryształów. Kryształy są następnie rozpuszczane w roztworze wodorowęglanu (roztwór sody kalcynowanej wykonany przez producenta) w obrotowym urządzeniu do rozpuszczania, stając się w ten sposób roztworem nasyconym. Roztwór ten jest filtrowany w celu usunięcia wszelkich nierozpuszczalnych materiałów, a następnie pompowany przez zbiornik zasilający do górnej części wieży karbonatyzacyjnej.
• 3 Oczyszczony dwutlenek węgla jest wprowadzany do dolnej części wieży i utrzymywany pod ciśnieniem. Ponieważ nasycony roztwór sodu przemieszcza się przez wieżę, chłodzi się i reaguje z dwutlenkiem węgla, tworząc kryształy wodorowęglanu sodu. Kryształy te zbiera się na dnie wieży i przenosi do innej wirówki, gdzie odfiltrowuje się nadmiar roztworu (filtrat). Kryształy są następnie przemywane w roztworze wodorowęglanu, tworząc substancję przypominającą placek, gotową do suszenia. Przesącz, który jest usuwany z wirówki, jest zawracany do obrotowego rozpuszczalnika, gdzie jest używany do nasycania bardziej pośrednich kryształów sody kalcynowanej.
• 4 Wypłukany placek filtracyjny jest następnie suszony na ciągłym przenośniku taśmowym lub w pionowej suszarce rurowej, zwanej suszarką błyskawiczną. Teoretyczna wydajność tego procesu, według Church & Dwight Company, wynosi od 90 do 95 procent, a wytwarzana soda oczyszczona jest czysta w ponad 99 procentach.

Sortowanie i przechowywanie różnych klas

• 5 Następnie wysuszone kryształy wodorowęglanu sodu są rozdzielane na różne klasy według wielkości cząstek. Standardowe klasy wodorowęglanu sodu i klasy specjalne są produkowane w celu spełnienia specyficznych wymagań klientów, a wielkość cząstek jest głównym wyznacznikiem klasy. Gatunki sproszkowane #1 i drobnoziarniste #2 mają szeroki zakres zastosowań w żywności, chemikaliach i farmaceutykach. Gatunki granulowane #4 i #5 znajdują zastosowanie w żywności i pączkach, środkach czyszczących, farmaceutykach i wielu innych produktach. Wodorowęglan sodu klasy przemysłowej jest używany w różnych zastosowaniach, w tym w płynach do odwiertów naftowych, materiałach gaśniczych i do uzdatniania wody.
• 6 Każdy gatunek trafia do pojemnika, gdzie atmosfera, dwutlenek węgla i zawartość wilgoci są kontrolowane w celu „utwardzenia” produktu. Po utwardzeniu gatunki są gotowe do pakowania i wysyłki.

Kontrola jakości

Jakość wodorowęglanu sodu jest kontrolowana na każdym etapie procesu produkcyjnego. Materiały, sprzęt i sam proces są wybierane w celu uzyskania wodorowęglanu sodu o najwyższej możliwej jakości. Według źródeł FMC, kiedy firma budowała zakłady, wybierała materiały i sprzęt, które były zgodne z surowymi wymaganiami jakościowymi dotyczącymi produkcji wodorowęglanu sodu klasy farmaceutycznej. FMC stosuje również Statystyczną Kontrolę Procesu (SPC) w celu utrzymania niezmiennej codziennej jakości, a kluczowe parametry operacyjne są rejestrowane w celu utrzymania kontroli procesu. Parametry jakościowe produktu są rejestrowane według numeru partii, a próbki są przechowywane przez dwa do trzech lat.

Wszystkie gatunki U.S.P. spełniają specyfikacje Farmakopei Stanów Zjednoczonych i Kodeksu Chemii Spożywczej do stosowania w aplikacjach farmaceutycznych i spożywczych. Ponadto, wodorowęglan sodu klasy spożywczej spełnia wymagania określone przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków jako substancja ogólnie uznana za bezpieczną (GRAS).

Przyszłość

Na przełomie XX i XXI wieku sprzedawano 53 000 ton (48 071 ton metrycznych) sody oczyszczonej rocznie. Podczas gdy populacja wzrosła dramatycznie, sprzedaż do 1990 roku były w dół do około 32.000 ton (29.024 ton metrycznych) rocznie. Mąka samoziarnista oraz mieszanki ciast i ciasteczek zmniejszyły popyt na sodę oczyszczoną jako ważny składnik wypieków. Mimo to popyt na ten produkt jest nadal znaczny. Piekarze komercyjni (zwłaszcza producenci ciastek) są jednymi z głównych użytkowników tego produktu. Jedną z najważniejszych właściwości wodorowęglanu sodu jest to, że pod wpływem ciepła uwalnia on dwutlenek węgla (CO2), który sprawia, że wypieki rosną. Wodorowęglan sodu jest również wykorzystywany w przemyśle farmaceutycznym i zdrowotnym, a także ma inne zastosowania przemysłowe. Dlatego pozostaje ważnym produktem na dziś i na przyszłość.

Where To Learn More

Books

Coyle, L. Patrick, Jr. The World Encyclopedia of Food. Facts on File, 1982.

Root, Waverley i Richard de Rochemont. Jedzenie w Ameryce: A History. William Morrow & Co., Inc, 1976.

Periodicals and Pamphlets

Grosswirth, Marvin. „The Wonders of NaHCO3,” Science Digest. March, 1976.

Historia ramienia & Hammer Trademark. Church & Dwight Co., Inc.

Dwuwęglan sodu. FMC Corporation.

Dwuwęglan sodu -właściwości chemiczne, produkcja. Church & Dwight Co., Inc.

-Eva Sideman

.