Háttér

A szódabikarbóna egy fehér kristályos por (NaHCO3), amelyet a vegyészek nátrium-bikarbonát, szódabikarbóna, nátrium-hidrogénkarbonát vagy nátrium-savkarbonát néven ismernek. Savas sónak minősül, egy sav (szénsav) és egy bázis (nátrium-hidroxid) egyesítésével keletkezik, és más vegyi anyagokkal enyhe lúgként reagál. 300 Fahrenheit-fok (149 Celsius-fok) feletti hőmérsékleten a szódabikarbóna nátrium-karbonátra (egy stabilabb anyag), vízre és szén-dioxidra bomlik.

A szódabikarbóna natív kémiai és fizikai tulajdonságai miatt széleskörűen alkalmazható, többek között tisztításra, szagtalanításra, pufferelésre és tűzoltásra. A szódabikarbóna kémiailag semlegesíti a szagokat, ahelyett, hogy elfedné vagy elnyelné azokat. Következésképpen fürdősókban és dezodoráló testporokban használják. A szódabikarbóna hajlamos megtartani a 8,1 pH-értéket (a 7 semleges), még akkor is, ha a pH-értéket csökkentő savakat vagy a pH-értéket növelő bázisokat adunk az oldathoz. Tablettázó képessége jó pezsgőanyaggá teszi savlekötő és műfogsor-tisztító termékekben. A nátrium-bikarbonát egyes fogkő elleni szájöblítő termékekben és fogkrémekben is megtalálható. Amikor a szódabikarbónát paszta formájában vagy nedves szivacsra szárítva tisztítószerként használjuk, kristályos szerkezete gyengéd csiszolást biztosít, amely segít eltávolítani a szennyeződéseket anélkül, hogy megkarcolná az érzékeny felületeket. Enyhe lúgossága a szennyeződésekben és zsírokban található zsírsavakat vízben feloldható és könnyen leöblíthető szappanformává alakítja. A szódabikarbónát kovászként is használják pékáruk, például kenyér vagy palacsinta készítésénél. Ha savas anyaggal (például citromlével) kombináljuk, szén-dioxid-gáz szabadul fel, amelyet a termék sejtjei felszívnak. Ahogy a gáz a sütés során kitágul, a sejtfalak is kitágulnak, így kovászos termék jön létre.

A szódabikarbóna számos otthoni felhasználási módja mellett számos ipari alkalmazása is van. A szódabikarbóna például melegítéskor szén-dioxidot bocsát ki. Mivel a szén-dioxid nehezebb a levegőnél, az oxigén távoltartásával képes elfojtani a lángokat, így a nátrium-bikarbonát a tűzoltó készülékek hasznos anyagává válik. Más alkalmazások közé tartozik a légszennyezés elleni védelem (mivel elnyeli a kén-dioxidot és más savas gázok kibocsátását), a felületi bevonatok eltávolítására szolgáló csiszolófúvások, a vegyipari gyártás, a bőrcserzés, az olajkutak fúrófolyadékai (mivel kicsapja a kalciumot és kenőanyagként működik), a gumi és műanyaggyártás, a papírgyártás, a textilfeldolgozás és a vízkezelés (mivel csökkenti az ólom és más nehézfémek szintjét).

Az Angliából importált szódabikarbónát először a gyarmati időkben használták Amerikában, de az Egyesült Államokban csak 1839-ben kezdték el gyártani. 1846-ban Austin Church connecticuti orvos és John Dwight massachusettsi farmer New Yorkban gyárat alapított a szódabikarbóna gyártására. Dr. Church fiának, Johnnak volt egy malma, a Vulcan Spice Mills. Vulkánt, a kovácsműhely és a tűz római istenét egy kar és egy kalapács ábrázolta, és az új szódavállalat a kar és a kalapács logóját vette át sajátjává. Ma az Arm & Hammer szódabikarbóna márka a legszélesebb körben ismert márkanevek közé tartozik.

A Leblanc-eljárás, amelyet Nicolas Leblanc, a feltaláló francia vegyész után neveztek el, volt a legkorábbi módja a szódabikarbóna (Na2CO3) előállításának, amelyből a nátrium-bikarbonát készül. A nátrium-kloridot (asztali só) kénsavval hevítették, így nátrium-szulfát és sósav keletkezett. A nátrium-szulfátot ezután szénnel és mészkővel hevítve nátrium-karbonátot, azaz szódát kaptak.

Az 1800-as évek végén Ernest Solvay belga vegyészmérnök egy másik módszert talált ki a szóda előállítására. A Solvay-módszert hamarosan átvették az Egyesült Államokban, ahol felváltotta a Leblanc-eljárást. A Solvay-eljárás során szén-dioxidot és ammóniát vezetnek a nátrium-klorid tömény oldatába. A nyers nátrium-hidrogénkarbonát kicsapódik, és felmelegítve szódabikarbóna keletkezik, amelyet aztán tovább kezelnek és finomítanak, hogy a United States Pharnacopoeia (U.S.P.) tisztaságú nátrium-hidrogénkarbonátot kapjanak.

Bár a szódabikarbóna előállításának ezt a módszerét széles körben használják, problémás is, mert az eljárás során használt vegyszerek szennyező anyagok és ártalmatlanítási problémákat okoznak. Alternatív megoldás a szódabikarbóna finomítása tronaércből, egy természetes lelőhelyből.

Forrásanyagok

A szódabikarbóna, vagyis a nátrium-bikarbonát a Solvay-eljárással vagy tronaércből, egy kemény, kristályos anyagból nyert szódabikarbónából származik. A trona 50 millió évvel ezelőttre nyúlik vissza, amikor a wyomingi Green River környéki területet egy 600 négyzetmérföldes (1554 négyzetkilométeres) tó borította. A tó idővel elpárolgott, és a homokkő- és palarétegek között 200 milliárd tonnányi tiszta trona lerakódást hagyott maga után. A Green River-medencei lelőhely elég nagy ahhoz, hogy az egész világ szóda és nátrium-hidrogénkarbonát szükségletét évezredekig kielégítse.

Miatt a Solvay-módszerben alkalmazott szintetikus eljárás bizonyos szennyezési problémákat vetett fel, a Church & Dwight Co. Inc. egyre nagyobb mértékben alapozza gyártását a trona bányászatra. Egy másik nagy szódagyártó, az FMC Corporation szintén a tronára támaszkodik a szóda és a nátrium-bikarbonát előállításához. A tronát 1 500 láb (457,2 méter) mélyen a felszín alatt bányásszák. Az FMC bányaaknái közel 2 500 (4 022,5 kilométer) mérföldnyi alagutat tartalmaznak, és 24 négyzetmérföldet (62 négyzetkilométert) fednek le. A tizenöt láb (4,57 méter) széles és kilenc láb (2,74 méter) magas alagutak lehetővé teszik a szükséges berendezések és járművek közlekedését.

A gyártási folyamat

A szóda előállítása

• 1 A szódát kémiai úton, a Solvay-eljárással, vagy trónércből lehet előállítani. Ha trónércet használnak, akkor azt először ki kell bányászni. Miután a felszínre hozták, a trónércet különböző feldolgozóüzemekbe szállítják. Ott az ércet nátrium-szeszkvikarbonát iszappá finomítják, egy szódabikarbóna köztes termékké, amely valójában szódabikarbónát (nátrium-karbonát) és szódabikarbónát (nátrium-bikarbonát) is tartalmaz.

Szódabikarbóna készítése

• 2 Ezután a szódabikarbóna köztes oldatot centrifugába helyezik, amely elválasztja a folyadékot a kristályoktól. A kristályokat ezután egy rotációs oldógépben bikarbonátoldatban (a gyártó által készített szódabikarbónaoldatban) feloldják, így telített oldat lesz belőlük. Ezt az oldatot megszűrik, hogy eltávolítsák a nem oldódó anyagokat, majd egy adagolótartályon keresztül egy karbonizáló torony tetejére szivattyúzzák.
• 3 A tisztított szén-dioxidot a torony aljába vezetik, és nyomás alatt tartják. Ahogy a telített nátriumoldat áthalad a toronyban, lehűl és a szén-dioxiddal reakcióba lépve nátrium-bikarbonát kristályokat képez. Ezeket a kristályokat a torony alján összegyűjtik, és egy másik centrifugába viszik, ahol a felesleges oldatot (szűrletet) kiszűrik. A kristályokat ezután bikarbonátoldatban mossuk, így egy szárításra kész, pogácsaszerű anyag keletkezik. A centrifugából eltávolított szűrletet visszavezetik a rotációs oldóba, ahol további köztes szódakristályok telítésére használják.
• 4 A mosott szűrőpogácsát ezután vagy egy folyamatos szalagszalagon, vagy egy függőleges csőszárítóban, úgynevezett gyorsszárítóban szárítják. Az eljárás elméleti hozama a Church & Dwight Company szerint 90-95 százalék között van, és az előállított szódabikarbóna több mint 99 százalékos tisztaságú.

A különböző fajták válogatása és tárolása

• 5 Ezután a szárított nátrium-bikarbonát kristályokat szemcseméret szerint különböző fajtákra választják szét. A nátrium-bikarbonát standard és speciális minőségeit a vevők egyedi igényeinek megfelelően gyártják, és a szemcseméret a minőségek fő meghatározója. A porított #1 és a finom szemcsés #2 széles körben felhasználható az élelmiszerekben, vegyi anyagokban és gyógyszerekben. A 4. és 5. szemcsés fajták élelmiszerekben és fánkokban, tisztítószerekben, gyógyszerekben és sok más termékben találhatók meg. Az ipari minőségű nátrium-bikarbonátot különféle alkalmazásokban használják, többek között olajkútfúró folyadékokban, tűzoltó anyagokban és vízkezelésben.
• 6 Mindegyik minőség egy tárolóedénybe kerül, ahol a termék “kikeményítése” érdekében ellenőrzik a légkört, a szén-dioxidot és a nedvességtartalmat. Miután kikeményedett, a fajták készen állnak a csomagolásra és szállításra.

Minőségellenőrzés

A nátrium-bikarbonát minőségét a gyártási folyamat minden szakaszában ellenőrzik. Az anyagokat, a berendezéseket és magát az eljárást úgy választják ki, hogy a lehető legjobb minőségű nátrium-bikarbonátot kapják. Az FMC forrásai szerint a vállalat az üzemek építése során olyan anyagokat és berendezéseket választott, amelyek megfelelnek a gyógyszeripari minőségű nátrium-bikarbonát előállítására vonatkozó szigorú minőségi követelményeknek. Az FMC statisztikai folyamatszabályozást (SPC) is alkalmaz a változatlan napi minőség fenntartása érdekében, és a folyamatszabályozás fenntartása érdekében a legfontosabb működési paramétereket feltérképezik. A termék minőségi paramétereit tételszám szerint rögzítik, és a mintákat két-három évig tárolják.

Minden U.S.P. minőség megfelel az Egyesült Államok Gyógyszerkönyvének és az Élelmiszerkémiai Kódexnek a gyógyszeripari és élelmiszeripari felhasználásra vonatkozó előírásainak. Ezenkívül az élelmiszeripari minőségű nátrium-bikarbonát megfelel az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala által meghatározott követelményeknek, mint általánosan biztonságosnak elismert anyag (GRAS).

A jövő

A huszadik századfordulón évente 53.000 tonna (48.071 metrikus tonna) szódabikarbónát adtak el. Miközben a lakosság száma drámaian nőtt, 1990-re az eladások évi 32 000 tonnára (29 024 metrikus tonna) csökkentek. Az önkelesztő liszt és a sütemény- és kekszkeverékek csökkentették a szódabikarbóna mint fontos sütőipari alapanyag iránti keresletet. Ennek ellenére a termék iránti kereslet még mindig jelentős. A kereskedelmi pékek (különösen a süteménygyártók) a termék egyik fő felhasználója. A nátrium-hidrogénkarbonát egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy hő hatására szén-dioxid gázt (CO2) bocsát ki, amely a sütőipari termékeket megemeli. A nátrium-bikarbonátot a gyógyszeriparban és az egészségügyben is használják, és egyéb ipari alkalmazásai is vannak. Ezért ma és a jövőben is fontos termék marad.

Hol lehet többet megtudni

Könyvek

Coyle, L. Patrick, Jr. Az élelmiszerek világenciklopédiája. Facts on File, 1982.

Root, Waverley és Richard de Rochemont. Evés Amerikában: A History. William Morrow & Co., Inc., 1976.

Periodicals and Pamphlets

Grosswirth, Marvin. “A NaHCO3 csodái”, Science Digest. March, 1976.

History of the Arm & Hammer Trademark. Church & Dwight Co., Inc.

Nátrium-bikarbonát. FMC Corporation.

Nátrium-bikarbonát -Kémiai tulajdonságok, gyártás. Church & Dwight Co., Inc.

-Eva Sideman

.