همه چیز درباره‌ی کربنات سدیم

کربنات سدیم :

تاریخچه کربنات سدیم

حدود ۵۰۰۰ سال پیش برای اولین بار مصریان باستان شکل طبیعی نمک قلیایی ترکیبی شامل سدیم کربنات دکا هیدرات و سدیم بی کربنات را استفاده می‌کردند. رسوبات معدنی نمک‌های قلیایی طبیعی، ترکیبی از سدیم کربنات و سدیم بی کربنات است که از کف دریاچه‌های خشک شده موجود در مصر از زمان‌های گذشته ‌استخراج می‌شده تا در تهیه مومیایی و به عنوان صابون برای شستشو و نیز ساخت ابتدایی شیشه استفاده شود. آنها محصول را از ذخایر تجمعی دریاچه های خشک یا با سوزاندن جلبک دریایی و سایر گیاهان دریایی بازیافت کردند.
رومی‌ها همچنین از خاکستر سودا برای پخت نان، ساخت شیشه و برای مقاصد پزشکی استفاده می‌کردند. جالب است بدانید تا نزدیک به قرن ۲۰، این ماده همچنان مثل زمان مصر باستان از خاکستر گیاهان بدست می‌آمد و به همین علت آن را Soda Ash می‌نامیدند.

در سال ۱۷۹۱ میلادی شیمیدان فرانسوی نیکلاس لبانس کربنات سدیم را با استفاده از نمک سدیم کلرید، سولفوریک اسید و سنگ آهک (کلسیم کربنات) در حضور زغال تولید کرد. در روش نیکلاس لبانس ابتدا سدیم کلرید در سولفوریک اسید جوشانده شده تا به سدیم سولفات و گاز هیدروژن کلرید تبدیل شود، سپس سدیم سولفات تولید شده به همراه سنگ آهک و زغال خرد شده حرارت داده می‌شد تا سدیم کربنات حاصل گردد. با وجود اینکه گاز هیدروژن کلرید (هیدروکلریک اسید) حاصل از این واکنش از عوامل آلودگی هوا  به شمار می‌رفت، از این روش تا اواخر ۱۸۸۰ میلادی برای تولید کربنات سدیم استفاده می‌شد.

درباره کربنات سدیم

سدیم کربنات دارای یک بنیان آنیونی (CO۳-۲) و دو بنیان کاتیونی (+Na) می‌باشد. شکل های کریستالی این ماده به صورت مونو هیدرات، هپتا هیدرات و دکا هیدرات وجود دارد. مونو هیدرات آن دارای ۸۵ درصد وزنی سدیم کربنات بوده که به صورت کریستال های کوچک از کریستالیزاسیون محلول اشباع آن در دمای بالاتر از ۳۵ درجه سانتی‌ گراد به دست می‌آید. هپتا هیدرات آن دارای ۴۵ درصد وزنی سدیم کربنات بوده که در دمای ۳۲ تا ۳۵ درجه سانتی گراد به دست می آید، و دکا هیدرات آن که washing soda نیز نامیده می‌شود، دارای ۳۷ درصد وزنی سدیم کربنات است و در دمای پایین تر از ۳۲ درجه سانتی گراد به دست می‌آید.

سدیم کربنات به دو صورت مورد استفاده می‌باشد:
کربنات سدیم سنگین – کربنات سدیم سبک و

از نظر شیمیایی تفاوتی باهم نداشته و تنها در چگالی، اندازه ذرات و کاربرد از یکدیگر متفاوت هستند. سدیم کربنات سنگین چگالی توده ای حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب و ذراتی با اندازه ۳۰۰ تا ۵۰۰ میکرون دارد، این نوع از کربنات سدیم اغلب در کارخانه های شیشه سازی استفاده می‌شود. ذرات درشت تر گرانول مانند این نوع موجب عدم وجود گرد و خاک و ناخالصی شده و احتمال پخش شدن ذرات در هنگام حمل و نقل را کاهش می‌دهد. چگالی کربنات سدیم سبک حدود ۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و اندازه ذرات آن حدود ۱۰۰ میکرون می‌باشد. کربنات سدیم سبک برای تولید مواد شیمیایی و شوینده ها استفاده می‌شود.

تولید کربنات سدیم

کربنات سدیم به روش سولوِی(Solvay) با استفاده از سنگ آهک، نمک معمولی و آمونیاک، طبق واکنش‌های زیر تولید می‌شود.

CaCO۳ → CO۲ + CaO

۲NH۳ + CO۲ + H۲O →(NH۴)۲CO۳

(NH۴)۲CO۳ + CO۲ + H۲O →۲NH۴HCO۳

NH۴HCO۳ + NaCl → NaHCO۳ + NH۴Cl

۲NaHCO۳ →Na۲ CO۳ + CO۲ + H۲O

فرایند تولید:

کربنات سدیم از روش های زیر تولید می‌شود:

۱-روش لبلان (روش قدیمی)

۲- تولید از نمک معمولی

۳-تولید از محلول سیاه قلیایی حاصل از پسماند خمیر کاغذ

از زمانی که روش اول تولید سدیم کربنات از سولفات سدیم کاملا منسوخ شد، روش دوم فقط در تولید انبوه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در روش دوم ،NaCl   با محلول آمونیاک، دی اکسید کربن و آب وارد عمل می‌شود.

در ادامه به شرح بیشتری از روش تولید سوم می‌پردازیم.

تولید از پساب خمیر کاغذ

این روش در تولید محدود و مقیاس کم به کار می‌رود.

در این روش سدیم کربنات از پسماند خمیر کاغذ و صنایع کاغذ سازی، تهیه می‌گردد، و در مقایسه با روش های دیگر ارزان تر می‎‌باشد.

در اثر گداختن قلیای مصرف شده، ماده ی جامدی به دست می آید که ترکیبات اصلی آن شامل کربنات های سدیم، سدیم سولفید(Na_۲S) و سولفات سدیم می باشد که حدود ۶۰ درصد آن تنها شامل کربنات سدیم است. این ماده را به یک مخزن حل کننده می‌ریزند و آنرا معمولا در درجه حرارت ۷۸۰-۸۷۰ درجه ی سانتی گراد به صورت محلول آبکی در می‌آورند. محلول فوق را در سطوح فلزی خنک می کنند تا به شکل ذرات جامد ریز و گداخته شده تبدیل گردد. سپس این ذرات را با کمک آسیاب، خرد می‌کنند.

عمل سرد کردن و تبدیل آن به حالت جامد به وسیله ی آسیاب کردن محلول آبکی Soda ash و Na۲S به دست می آید که آن را به مخزن نگهداری منتقل می کنند تا بعدا به برج استخراج کننده ی جامد-مایع پمپ شود.

Na۲S  در حین شست و شو جدا شده و کربنات سدیم نیز در پایین برج جمع می‌شود.

کاربرد ها

به طور کلی سدیم کربنات جدا از سنگین و سبک بودن در صنایع گوناگونی از جمله: سیلیکات سدیم، شیشه و سرامیک، رنگدانه ی آبی لاجوردی، پاک کننده های پودری، بی کرومات ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

کاربرد در ساخت شیشه

مهم ترین و اصلی ترین کاربرد کربنات سدیم در تولید شیشه است.

این ماده را در دمای بالا حرارت می دهند و آن را با ماسه و کلسیم کربنات ترکیب می‌کنند.

سپس به سرعت آن را سرد می‌نمایند. محصول نهایی که از این فرایند به دست می‌آید شیشه است.

کاربرد در تصفیه آب

از این ماده بعنوان یک افزودنی رایج در مخازن شهری جهت خنثی سازی اثر اسیدی کلر استفاده می‌شود.
همچنین در خنثی سازی اسید در استخرهای شنا نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کاربرد کربنات سدیم در آزمایشگاه‌های شیمی به دلیل پایدار بودن و سهولت در اندازگیری دقیق به عنوان عامل اصلی تیتراسیون اسید و باز می‌باشد.
از مصارف خانگی آن می توان بعنوان نرم کننده آب در شست و شوی لباس ها اشاره کرد.
زیرا کربنات سدیم با یون‌های منیزیم و کلسیم موجود در آب سخت مقابله می‌کنند تا مانع از تشکیل پیوند شوند.
در کارگاه های آجر پزی بعنوان عاملی برای خمیرکننده استفاده می شود تا حجم آب مورد نیاز برای قالب گیری کاهش پیدا کند.

کاربرد در صنایع غذایی

در صنایع غذایی از کربنات سدیم بعنوان ماده افزودنی بعنوان تنظیم کننده میزان ترشی و پایدار کننده استفاده می‌شود.
همچنین عامل جایگزین برای قلیایی کردن به خصوص در چوب شور به جای NaOH به کار می‌رود.
از کاربردهای دیگر آن برای تهیه سریع تر ماکارونی نیز می توان اشاره نمود.

کربنات سدیم در تولید بستنی چوبی نیز به کار می‌رود.

احساس خنکی که هنگام خوردن بستنی به ما دست می‌دهد (زمانی که بستنی با بزاق دهان خیس می‌شود) به دلیل واکنش گرماگیر بین این ماده و اسید ضعیف است که منجر به تولید کربن دی اکسید می‌شود.

کاربرد در صنعت نساجی

به عنوان عامل ضد اسید در پردازش ابریشم استفاده می‌شود.

کاربرد در صنعت نفت

به عنوان خنثی ساز در فرآیندهای پتروشیمی به کار می‌رود.

09128308091 و 09357007743