Context

Carbonatul de sodiu este o pulbere cristalină albă (NaHCO3) mai bine cunoscută de chimiști sub numele de bicarbonat de sodiu, bicarbonat de sodiu, bicarbonat de sodiu sau carbonat acid de sodiu. Este clasificat ca o sare acidă, formată prin combinarea unui acid (carbonic) și a unei baze (hidroxid de sodiu), și reacționează cu alte substanțe chimice ca un alcalin ușor. La temperaturi de peste 149 grade Celsius (300 grade Fahrenheit), bicarbonatul de sodiu se descompune în carbonat de sodiu (o substanță mai stabilă), apă și dioxid de carbon.

Proprietățile chimice și fizice native ale bicarbonatului de sodiu explică gama largă de aplicații ale acestuia, inclusiv curățarea, dezodorizarea, tamponarea și stingerea incendiilor. Bicarbonatul de sodiu neutralizează chimic mirosurile, mai degrabă decât să le mascheze sau să le absoarbă. În consecință, este utilizat în sărurile de baie și în pulberile de corp deodorante. Bicarbonatul de sodiu tinde să mențină un pH de 8,1 (7 este neutru) chiar și atunci când în soluție se adaugă acizi, care scad pH-ul, sau baze, care cresc pH-ul. Capacitatea sa de a se tabletiza îl face un bun ingredient efervescent în antiacide și produse de curățare a protezelor dentare. Bicarbonatul de sodiu se găsește, de asemenea, în unele produse de apă de gură antiplacă și în pasta de dinți. Atunci când bicarbonatul de sodiu este folosit ca detergent sub formă de pastă sau uscat pe un burete umed, structura sa cristalină asigură o abraziune delicată care ajută la îndepărtarea murdăriei fără a zgâria suprafețele sensibile. Alcalinitatea sa ușoară acționează pentru a transforma acizii grași conținuți în murdărie și grăsime într-o formă de săpun care poate fi dizolvată în apă și clătită cu ușurință. Bicarbonatul de sodiu este, de asemenea, utilizat ca agent de fermentare în prepararea produselor de patiserie, cum ar fi pâinea sau clătitele. Atunci când este combinat cu un agent acid (cum ar fi sucul de lămâie), se eliberează dioxid de carbon gazos, care este absorbit de celulele produsului. Pe măsură ce gazul se dilată în timpul coacerii, pereții celulelor se dilată și ei, creând un produs cu efect de drojdie.

În plus față de numeroasele sale utilizări casnice, bicarbonatul de sodiu are, de asemenea, multe aplicații industriale. De exemplu, bicarbonatul de sodiu eliberează dioxid de carbon atunci când este încălzit. Deoarece dioxidul de carbon este mai greu decât aerul, acesta poate înăbuși flăcările, ținând oxigenul la distanță, ceea ce face ca bicarbonatul de sodiu să fie un agent util în stingătoarele de incendiu. Printre alte aplicații se numără controlul poluării aerului (deoarece absoarbe dioxidul de sulf și alte emisii de gaze acide), sablarea abrazivă pentru îndepărtarea acoperirilor de suprafață, fabricarea produselor chimice, tăbăcirea pieilor, fluidele de forare a puțurilor de petrol (deoarece precipită calciul și acționează ca un lubrifiant), fabricarea cauciucului și a plasticului, fabricarea hârtiei, prelucrarea textilelor și tratarea apei (deoarece reduce nivelul de plumb și alte metale grele).

Importat din Anglia, bicarbonatul de sodiu a fost folosit pentru prima dată în America în perioada colonială, dar nu a fost produs în Statele Unite până în 1839. În 1846, Austin Church, un medic din Connecticut, și John Dwight, un fermier din Massachusetts, au înființat o fabrică în New York pentru a produce bicarbonat de sodiu. Fiul doctorului Church, John, deținea o moară numită Vulcan Spice Mills. Vulcan, zeul roman al forjei și al focului, era reprezentat de un braț și un ciocan, iar noua companie de bicarbonat de sodiu a adoptat logo-ul cu brațul și ciocanul ca fiind al său. Astăzi, marca de bicarbonat de sodiu Arm & Hammer se numără printre cele mai recunoscute mărci comerciale.

Numit după Nicolas Leblanc, chimistul francez care l-a inventat, procedeul Leblanc a fost cel mai timpuriu mijloc de fabricare a sodașului (Na2CO3), din care se obține bicarbonatul de sodiu. Clorura de sodiu (sarea de masă) era încălzită cu acid sulfuric, producând sulfat de sodiu și acid clorhidric. Sulfatul de sodiu a fost apoi încălzit cu cărbune și calcar pentru a forma carbonat de sodiu, sau cenușă de sodă.

La sfârșitul anilor 1800, o altă metodă de producere a cenușii de sodă a fost concepută de Ernest Solvay, un inginer chimist belgian. Metoda Solvay a fost curând adaptată în Statele Unite, unde a înlocuit procesul Leblanc. În procesul Solvay, dioxidul de carbon și amoniacul sunt trecute într-o soluție concentrată de clorură de sodiu. Bicarbonatul de sodiu brut precipită și este încălzit pentru a forma cenușă de sodă, care este apoi tratată și rafinată în continuare pentru a forma bicarbonat de sodiu de puritate United States Pharnacopoeia (U.S.P.).

Deși această metodă de producere a cenușii de bicarbonat de sodiu este utilizată pe scară largă, ea este, de asemenea, problematică, deoarece substanțele chimice utilizate în proces sunt poluante și cauzează probleme de eliminare. O alternativă este rafinarea cenușii de sodă din minereu de trona, un zăcământ natural.

Materii prime

Carbonatul de sodiu, sau bicarbonatul de sodiu, provine din cenușa de sodă obținută fie prin procedeul Solvay, fie din minereu de trona, un material dur și cristalin. Trona datează de acum 50 de milioane de ani, de pe vremea când terenul din jurul Green River, Wyoming, era acoperit de un lac de 600 de mile pătrate (1.554 de kilometri pătrați). Pe măsură ce s-a evaporat în timp, acest lac a lăsat un depozit de 200 de miliarde de tone de trona pură între straturi de gresie și șisturi. Zăcământul din bazinul Green River este suficient de mare pentru a satisface nevoile întregii lumi de sodă și bicarbonat de sodiu pentru mii de ani.

Pentru că procesul de sinteză folosit în metoda Solvay a prezentat unele probleme de poluare, Church & Dwight Co. Inc. își bazează din ce în ce mai mult producția pe extracția de trona. Un alt mare producător de sodă cenușie, FMC Corporation, se bazează, de asemenea, pe trona pentru a fabrica sodă cenușie și bicarbonat de sodiu. Trona este exploatată la 1.500 de picioare (457,2 metri) sub suprafață. Puțurile de mină ale FMC conțin aproape 4.022,5 kilometri (2.500 mile) de tuneluri și acoperă 62 de kilometri pătrați (24 mile pătrate). Cu o lățime de 15 picioare (4,57 metri) și o înălțime de 9 picioare (2,74 metri), aceste tuneluri permit deplasarea prin ele a echipamentelor și vehiculelor necesare.

Procesul de fabricație

Fabricarea cenușii de sodă

• 1 Cenușa de sodă poate fi fabricată chimic, folosind procesul Solvay, sau poate fi fabricată din minereu de trona. Dacă se folosește minereul de trona, acesta trebuie mai întâi să fie exploatat. După ce a fost adus la suprafață, minereul de trona este transportat la o varietate de instalații de prelucrare. Acolo, minereul este rafinat într-o suspensie de sesquicarbonat de sodiu, un produs intermediar de sodă cenușie care conține, de fapt, atât sodă cenușie (carbonat de sodiu), cât și bicarbonat de sodiu (bicarbonat de sodiu).

Fabricarea bicarbonatului de sodiu

• 2 Apoi, soluția intermediară de sodă cenușie este introdusă într-o centrifugă, care separă lichidul de cristale. Cristalele sunt apoi dizolvate într-o soluție de bicarbonat (o soluție de sodă preparată de producător) într-un dizolvator rotativ, devenind astfel o soluție saturată. Această soluție este filtrată pentru a îndepărta orice materiale nesolubile și este apoi pompată printr-un rezervor de alimentare către partea superioară a unui turn de carbonatare.
• 3 Dioxidul de carbon purificat este introdus în partea inferioară a turnului și este menținut sub presiune. Pe măsură ce soluția saturată de sodiu se deplasează prin turn, se răcește și reacționează cu dioxidul de carbon pentru a forma cristale de bicarbonat de sodiu. Aceste cristale se colectează în partea inferioară a turnului și se transferă într-o altă centrifugă, unde se filtrează excesul de soluție (filtrat). Cristalele sunt apoi spălate într-o soluție de bicarbonat, formând o substanță asemănătoare unei turte, pregătită pentru uscare. Filtratul care este îndepărtat din centrifugă este reciclat la dizolvatorul rotativ, unde este folosit pentru a satura mai multe cristale intermediare de sodă.
• 4 Tortul de filtrare spălat este apoi uscat fie pe un transportor cu bandă continuă, fie într-un uscător vertical cu tuburi numit uscător flash. Randamentul teoretic al procesului, conform Church & Dwight Company, este cuprins între 90 și 95%, iar bicarbonatul de sodiu fabricat este pur în proporție de peste 99%.

Sortarea și depozitarea diferitelor calități

• 5 În continuare, cristalele uscate de bicarbonat de sodiu sunt separate în diferite calități în funcție de mărimea particulelor. Clasele standard de bicarbonat de sodiu și clasele speciale sunt fabricate pentru a satisface cerințele specifice ale clienților, iar dimensiunea particulelor este principalul factor determinant al claselor. Pulberea #1 și granulele fine #2 au o gamă largă de utilizări în produsele alimentare, chimice și farmaceutice. Calitățile granulare #4 și #5 se găsesc în alimente și gogoși, compuși de curățare, produse farmaceutice și multe alte produse. Bicarbonatul de sodiu de calitate industrială este utilizat în diverse aplicații, inclusiv în fluidele de forare a puțurilor de petrol, în materiale de stingere a incendiilor și în tratarea apei.
• 6 Fiecare tip de bicarbonat de sodiu merge într-un recipient de păstrare în care atmosfera, dioxidul de carbon și conținutul de umiditate sunt controlate pentru a „întări” produsul. Odată întărite, gradele sunt gata să fie ambalate și expediate.

Controlul calității

Calitatea bicarbonatului de sodiu este controlată în fiecare etapă a procesului de fabricație. Materialele, echipamentele și procesul în sine sunt selectate pentru a obține bicarbonat de sodiu de cea mai înaltă calitate posibilă. Potrivit surselor FMC, atunci când compania a construit uzinele, a ales materiale și echipamente care să fie compatibile cu cerințele stricte de calitate pentru fabricarea bicarbonatului de sodiu de calitate farmaceutică. FMC utilizează, de asemenea, controlul statistic al procesului (SPC) pentru a menține o calitate zilnică invariabilă, iar parametrii cheie de operare sunt înregistrați pe diagrame pentru a menține controlul procesului. Parametrii de calitate ai produsului sunt înregistrați prin numărul de lot,iar eșantioanele sunt păstrate timp de doi-trei ani.

Toate calitățile U.S.P. respectă specificațiile United States Pharmacopoeia și Food Chemicals Codex pentru utilizarea în aplicații farmaceutice și alimentare. În plus, bicarbonatul de sodiu de calitate alimentară îndeplinește cerințele specificate de U.S. Food and Drug Administration ca substanță recunoscută în general ca fiind sigură (GRAS).

Viitorul

La începutul secolului al XX-lea, se vindeau anual 53.000 de tone (48.071 de tone metrice) de bicarbonat de sodiu. În timp ce populația a crescut dramatic, vânzările până în 1990 au scăzut la aproximativ 32.000 de tone (29.024 tone metrice) pe an. Făina autogresată și amestecurile pentru prăjituri și biscuiți au diminuat cererea de bicarbonat de sodiu ca ingredient important de panificație. Cu toate acestea, cererea pentru acest produs este încă semnificativă. Brutarii comerciali (în special producătorii de prăjituri) sunt unul dintre principalii utilizatori ai acestui produs. Unul dintre cele mai importante atribute ale bicarbonatului de sodiu este că, atunci când este expus la căldură, el eliberează dioxid de carbon gazos (CO2), ceea ce face ca produsele de panificație să crească. Bicarbonatul de sodiu este, de asemenea, utilizat în industria farmaceutică și a sănătății, având și alte aplicații industriale. Prin urmare, continuă să fie un produs important pentru prezent și pentru viitor.

Unde să aflați mai multe

Cărți

Coyle, L. Patrick, Jr. Enciclopedia mondială a alimentelor. Facts on File, 1982.

Root, Waverley și Richard de Rochemont. Mâncatul în America: A History. William Morrow & Co., Inc., 1976.

Periodice și broșuri

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

Historia brațului & Marcă comercială Hammer. Church & Dwight Co., Inc.

Bicarbonat de sodiu. FMC Corporation.

Bicarbonat de sodiu -Proprietăți chimice, fabricație. Church & Dwight Co., Inc.

-Eva Sideman

.