Bicarbonato de sodio

Antecedentes

El bicarbonato de sodio es un polvo cristalino blanco (NaHCO ₃ ) más conocido por los químicos como bicarbonato de sodio, bicarbonato de sodio, hidrogenocarbonato de sodio o carbonato ácido de sodio. Se clasifica como una sal ácida, formada por la combinación de un ácido (carbónico) y una base (hidróxido de sodio), y reacciona con otras sustancias químicas como un álcali suave. A temperaturas superiores a 300 grados Fahrenheit (149 grados Celsius), el bicarbonato de sodio se descompone en carbonato de sodio (una sustancia más estable), agua y dióxido de carbono.

Las propiedades químicas y físicas nativas del bicarbonato de sodio explican su amplia gama de aplicaciones, que incluyen limpieza, desodorización, amortiguación y extinción de incendios. El bicarbonato de sodio neutraliza los olores químicamente, en lugar de enmascararlos o absorberlos. En consecuencia, se utiliza en sales de baño y polvos corporales desodorantes. El bicarbonato de sodio tiende a mantener un pH de 8.1 (7 es neutro) incluso cuando se agregan a la solución ácidos, que reducen el pH, o bases, que aumentan el pH. Su capacidad para formar tabletas lo convierte en un buen ingrediente efervescente en antiácidos y productos de limpieza para dentaduras postizas. El bicarbonato de sodio también se encuentra en algunos productos de enjuague bucal antiplaca y en la pasta de dientes. Cuando se usa bicarbonato de sodio como limpiador en forma de pasta o se seca sobre una esponja húmeda, su estructura cristalina proporciona una abrasión suave que ayuda a eliminar la suciedad sin rayar las superficies sensibles. Su alcalinidad suave trabaja para convertir los ácidos grasos contenidos en la suciedad y la grasa en una forma de jabón que se puede disolver en agua y enjuagar fácilmente. El bicarbonato de sodio también se usa como agente leudante en la elaboración de productos horneados como pan o panqueques. Cuando se combina con un agente ácido (como jugo de limón), el gas de dióxido de carbono se libera y es absorbido por las células del producto. A medida que el gas se expande durante el horneado, las paredes celulares también se expanden, creando un producto fermentado.

Además de sus muchos usos domésticos, el bicarbonato de sodio también tiene muchas aplicaciones industriales. Por ejemplo, el bicarbonato de sodio libera dióxido de carbono cuando se calienta. Dado que el dióxido de carbono es más pesado que el aire, puede sofocar las llamas manteniendo el oxígeno fuera, lo que hace que el bicarbonato de sodio sea un agente útil en extintores de incendios. Otras aplicaciones incluyen el control de la contaminación del aire (porque absorbe dióxido de azufre y otras emisiones de gases ácidos), voladuras abrasivas para la eliminación de revestimientos superficiales, fabricación de productos químicos, curtido de cuero, fluidos de perforación de pozos de petróleo (porque precipita el calcio y actúa como lubricante), caucho y fabricación de plástico, fabricación de papel, procesamiento textil y tratamiento de agua (porque reduce el nivel de plomo y otros metales pesados).

Importado de Inglaterra, el bicarbonato de sodio se utilizó por primera vez en Estados Unidos durante la época colonial, pero no se produjo en los Estados Unidos hasta 1839. En 1846, Austin Church, un médico de Connecticut, y John Dwight, un granjero de Massachusetts, establecieron una fábrica en Nueva York para fabricar bicarbonato de sodio. El hijo del Dr. Church, John, era dueño de un molino llamado Vulcan Spice Mills. Vulcano, el dios romano de la forja y el fuego, estaba representado por un brazo y un martillo, y la nueva compañía de bicarbonato de sodio adoptó el logotipo del brazo y el martillo como propio. Hoy en día, la marca Arm &Hammer de bicarbonato de sodio se encuentra entre las marcas más reconocidas.

Nombrado en honor a Nicolas Leblanc, el químico francés que lo inventó, el proceso Leblanc fue el primer medio de fabricación de carbonato de sodio (Na ₂ CO ₃ ), a partir del cual se fabrica el bicarbonato de sodio. Se calentó cloruro de sodio (sal de mesa) con ácido sulfúrico, produciendo sulfato de sodio y ácido clorhídrico. A continuación, se calentó el sulfato de sodio con carbón y piedra caliza para formar carbonato de sodio o ceniza de sosa.

A finales del siglo XIX, Ernest Solvay, un ingeniero químico belga, ideó otro método para producir carbonato de sodio. El método Solvay pronto se adaptó en los Estados Unidos, donde reemplazó al proceso Leblanc. En el proceso Solvay, el dióxido de carbono y el amoníaco se pasan a una solución concentrada de cloruro de sodio. El bicarbonato de sodio bruto precipita y se calienta para formar carbonato de sodio, que luego se trata y refina para formar bicarbonato de sodio de Farmacopea de los Estados Unidos (U.S.P.) pureza.

Aunque este método de producción de ceniza de bicarbonato de sodio se usa ampliamente, también es problemático porque los productos químicos usados ​​en el proceso son contaminantes y causan problemas de eliminación. Una alternativa es refinar carbonato de sodio a partir de trona, un depósito natural.

Materias primas

El bicarbonato de sodio, o bicarbonato de sodio, proviene de la carbonato de sodio obtenida a través del proceso Solvay o del trona mineral, un material duro y cristalino. Trona se remonta a 50 millones de años, cuando la tierra que rodeaba Green River, Wyoming, estaba cubierta por un lago de 600 millas cuadradas (1,554 kilómetros cuadrados). A medida que se evaporó con el tiempo, este lago dejó un depósito de 200 mil millones de toneladas de trona pura entre capas de arenisca y pizarra. El depósito en la cuenca del río Green es lo suficientemente grande como para satisfacer las necesidades mundiales de carbonato de sodio y bicarbonato de sodio durante miles de años.

Debido a que el proceso sintético utilizado en el método Solvay presentó algunos problemas de contaminación, Church &Dwight Co. Inc. basa cada vez más su fabricación en la minería de trona. Otro gran productor de carbonato de sodio, FMC Corporation, también depende de trona para fabricar carbonato de sodio y bicarbonato de sodio. Trona se extrae a 1,500 pies (457,2 metros) por debajo de la superficie. Los pozos de la mina de FMC contienen casi 2.500 (4.022,5 kilómetros) millas de túneles y cubren 24 millas cuadradas (62 kilómetros cuadrados). Con quince pies (4.57 metros) de ancho y nueve pies (2.74 metros) de alto, estos túneles permiten que el equipo y los vehículos necesarios viajen a través de ellos.

El
proceso de fabricación

Hacer carbonato de sodio

• 1 La ceniza de sosa se puede fabricar químicamente mediante el proceso Solvay o se puede fabricar a partir de trona mineral. Si se usa trona mineral, primero se debe extraer. Una vez que ha salido a la superficie, el mineral de trona se transporta a una variedad de plantas de procesamiento. Allí, el mineral se refina en una suspensión de sesquicarbonato de sodio, un producto de carbonato de sodio intermedio que en realidad contiene carbonato de sodio (carbonato de sodio) y bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio).

Hacer bicarbonato de sodio

• 2 A continuación, la solución intermedia de carbonato de sodio se coloca en una centrífuga, que separa el líquido de los cristales. Luego, los cristales se disuelven en una solución de bicarbonato (una solución de carbonato de sodio fabricada por el fabricante) en un disolvedor rotatorio, convirtiéndose así en una solución saturada. Esta solución se filtra para eliminar cualquier material no soluble y luego se bombea a través de un tanque de alimentación a la parte superior de una torre de carbonatación.
• 3 Se introduce dióxido de carbono purificado en el fondo de la torre y se mantiene bajo presión. A medida que la solución saturada de sodio se mueve a través de la torre, se enfría y reacciona con el dióxido de carbono para formar cristales de bicarbonato de sodio. Estos cristales se recogen en la parte inferior de la torre y se transfieren a otra centrífuga, donde se filtra el exceso de solución (filtrado). Luego, los cristales se lavan en una solución de bicarbonato, formando una sustancia parecida a una torta lista para secar. El filtrado que se retira de la centrífuga se recicla al disolvedor rotatorio, donde se utiliza para saturar más cristales de carbonato de sodio intermedios.
• 4 La torta de filtración lavada se seca luego en una cinta transportadora continua o en un secador de tubo vertical llamado secador instantáneo . El rendimiento teórico del proceso, según Church &Dwight Company, está entre el 90 y el 95 por ciento, y el bicarbonato de sodio fabricado tiene una pureza superior al 99 por ciento.

Una ilustración del proceso de fabricación de bicarbonato de sodio. Un paso clave en el proceso ocurre en la torre de carbonatación. Aquí, la solución saturada de carbonato de sodio se mueve desde la parte superior de la torre hacia abajo. A medida que cae, la solución se enfría y reacciona con el dióxido de carbono para formar cristales de bicarbonato de sodio:bicarbonato de sodio. Después de filtrar, lavar y secar, los cristales se clasifican por tamaño de partícula y se empaquetan adecuadamente.

Clasificación y almacenamiento de
diferentes calificaciones

• 5 A continuación, los cristales secos de bicarbonato de sodio se separan en varios grados por tamaño de partícula. Los grados estándar de bicarbonato de sodio y grados especiales se fabrican para cumplir con los requisitos específicos de los clientes, y el tamaño de las partículas es el principal determinante de los grados. El polvo n. ° 1 y el granulado fino n. ° 2 tienen una amplia gama de usos en alimentos, productos químicos y productos farmacéuticos. Los grados granulares n. ° 4 y n. ° 5 se encuentran en alimentos y donas, compuestos de limpieza, productos farmacéuticos y muchos otros productos. El bicarbonato de sodio de grado industrial se utiliza en diversas aplicaciones, incluidos fluidos de perforación de pozos de petróleo, materiales de extinción de incendios y tratamiento de agua.
• 6 Cada grado va a un contenedor donde la atmósfera, el dióxido de carbono y el contenido de humedad se controlan para "curar" el producto. Una vez curados, los grados están listos para ser empaquetados y enviados.

Control de calidad

La calidad del bicarbonato de sodio se controla en cada etapa del proceso de fabricación. Los materiales, el equipo y el proceso en sí se seleccionan para producir bicarbonato de sodio de la más alta calidad posible. Según fuentes de FMC, cuando la empresa construyó plantas, eligió materiales y equipos que fueran compatibles con los estrictos requisitos de calidad para la fabricación de bicarbonato de sodio de grado farmacéutico. FMC también utiliza Control estadístico de procesos (SPC) para mantener una calidad diaria invariable, y se grafican los parámetros operativos clave para mantener el control del proceso. Los parámetros de calidad del producto se registran por número de lote y las muestras se conservan durante dos o tres años.

Todos los U.S.P. los grados cumplen con la Farmacopea de los Estados Unidos y el Codex de productos químicos alimentarios especificaciones para su uso en aplicaciones farmacéuticas y alimentarias. Además, el bicarbonato de sodio de grado alimenticio cumple con los requisitos especificados por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. Como una sustancia generalmente reconocida como segura (GRAS).

El futuro

A principios del siglo XX, se vendían anualmente 53.000 toneladas (48.071 toneladas métricas) de bicarbonato de sodio. Si bien la población aumentó drásticamente, las ventas en 1990 se redujeron a aproximadamente 32,000 toneladas (29,024 toneladas métricas) por año. La harina levadura y las mezclas para pasteles y galletas han disminuido la demanda de bicarbonato de sodio como ingrediente importante para hornear. Sin embargo, la demanda del producto sigue siendo significativa. Los panaderos comerciales (en particular los fabricantes de galletas) son uno de los principales usuarios de este producto. Uno de los atributos más importantes del bicarbonato de sodio es que, cuando se expone al calor, libera dióxido de carbono (CO ₂ ) que hace que los productos de panadería se eleven. El bicarbonato de sodio también se usa en las industrias farmacéutica y de la salud, y también tiene otras aplicaciones industriales. Por tanto, sigue siendo un producto importante para hoy y para el futuro.