سدیم کربناتSodium carbonate

سدیم کربنات

کربنات سدیم Na₂CO₃، (همچنین به عنوان سودا شستشو، خاکستر سودا و کریستال های سودا شناخته می شود) یک ترکیب معدنی با فرمول Na₂CO₃ و هیدرات های مختلف آن است. همه ی شکل های آن، نمک های سفید، بی بو و محلول در آب هستند که محلول های قلیایی متوسطی در آب تولید می کنند. از نظر تاریخی، از خاکستر گیاهانی که در خاک های غنی از سدیم رشد می کردند استخراج می شد. از آنجا که خاکستر این گیاهان غنی از سدیم به طور قابل توجهی با خاکستر چوب (که زمانی برای تولید پتاس استفاده می شد) متفاوت بود، کربنات سدیم به “خاکستر سودا” معروف شد. کربنات سدیم در مقادیر زیادی از کلرید سدیم و سنگ آهک توسط فرآیند Solvay تولید می شود.

هیدراته های سدیم کربنات

کربنات سدیم به صورت سه هیدرات و نمک بی آب به دست می آید:

کربنات سدیم دکاهیدرات (ناترون)، Na₂CO₃·10H₂O ، که به راحتی شکوفا می شود و مونوهیدرات را تشکیل می دهد.

کربنات سدیم هپتا هیدرات Na₂CO₃·7H₂O (به شکل معدنی شناخته نشده است). کربنات سدیم مونوهیدرات (ترموناتریت)Na₂CO₃·H₂O  ، که به عنوان کربنات کریستال شناخته می شود.

کربنات سدیم بی آب (ناتریت)، که به عنوان سودای کلسینه نیز شناخته می شود و از گرم کردن هیدرات ها تشکیل می شود. همچنین در مرحله نهایی فرآیند Solvay، هنگامی که هیدروژن کربنات سدیم گرم می شود (کلسینه می شود) تشکیل می شود.

دکاهیدرات از محلول های آب متبلور در محدوده دمایی 2.1- تا 32.0 + درجه سانتی گراد، هپتا هیدرات در محدوده باریک 32.0 تا 35.4 درجه سانتی گراد و بالاتر از این دما مونوهیدرات تشکیل می شود. در هوای خشک، دکاهیدرات و هپتا هیدرات آب خود را از دست می دهند و مونوهیدرات تشکیل می دهند. هیدرات های دیگری گزارش شده است، به عنوان مثال: با 2.5 واحد آب در هر واحد کربنات سدیم (پنتاهمی هیدرات)

کربنات سدیم دکاهیدرات Na₂CO₃·10H₂O، همچنین به عنوان سودای شستشو نیز شناخته می شود، رایج ترین هیدرات کربنات سدیم است که حاوی 10 مولکول آب تبلور است. خاکستر سودا در آب حل می شود و برای بدست آوردن سودا متبلور می شود. سدیم کربنات جامد کریستالی سفید رنگ است و یکی از معدود کربنات های فلزی است که در آب محلول است. قلیایی است؛ تورنسل قرمز را به آبی تبدیل می کند و از طریق فرآیند صابونی سازی که باعث می شود چربی ها و گریس ها در آب مخلوط شوند، خاصیت شوینده ای دارد.

کاربردهای کربنات سدیم

برخی از کاربردهای متداول کربنات سدیم (یا سودا شستشو) عبارتند از:

• کربنات سدیم (یا سودا شستشو) به عنوان یک عامل پاک کننده برای مصارف خانگی مانند شستن لباس ها استفاده می شود. کربنات سدیم جزء بسیاری از پودرهای صابون خشک است.
• برای رفع سختی موقت و دائمی آب کاربرد دارد.
• در ساخت شیشه، صابون و کاغذ استفاده می شود.
• در ساخت ترکیبات بوراکس استفاده می شود.

کاربرد کربنات سدیم در تولید شیشه

کربنات سدیم به عنوان یک شار برای سیلیس عمل می کند و نقطه ذوب مخلوط را به چیزی می رساند که بدون مواد خاص قابل دستیابی است. این “شیشه سودا” به طور ملایمی محلول در آب است، بنابراین مقداری کربنات کلسیم به مخلوط مذاب اضافه می شود تا شیشه نامحلول شود. شیشه بطری و پنجره (شیشه سودا-آهک) از ذوب مخلوطی از کربنات سدیم، کربنات کلسیم و ماسه سیلیس (سیلیس دی اکسید SiO₂ ) ساخته می شود. هنگامی که این مواد گرم می شوند، کربنات ها دی اکسید کربن آزاد می کنند. به این ترتیب کربنات سدیم منبع اکسید سدیم است. شیشه سودا آهک رایج ترین شکل شیشه برای قرن ها بوده است. همچنین یک ورودی کلیدی برای تولید شیشه ظروف غذاخوری است.

کاربرد کربنات سدیم به عنوان نرم کننده آب

آب سخت حاوی ترکیبات محلول، معمولاً ترکیبات کلسیم یا منیزیم است. کربنات سدیم برای از بین بردن سختی موقت و دائمی آب استفاده می شود.

از آنجایی که کربنات سدیم محلول در آب است و کربنات منیزیم و کربنات کلسیم نامحلول هستند، اولی برای نرم کردن آب با حذف Mg²⁺ و Ca²⁺ استفاده می شود. این یون ها پس از تریت با یون های کربنات، رسوبات جامد نامحلول را تشکیل می دهند، بدین وسیله آب نرم می شود زیرا دیگر حاوی یون های کلسیم و یون منیزیم محلول نیست.

کاربرد کربنات سدیم به عنوان افزودنی غذا و پخت و پز

کربنات سدیم کاربردهای متعددی در آشپزی دارد، عمدتاً به این دلیل که پایه قوی‌تری نسبت به جوش شیرین (بی کربنات سدیم) اما ضعیف‌تر از لیمو (که ممکن است به هیدروکسید سدیم یا کمتر متداول به هیدروکسید پتاسیم اشاره داشته باشد) است. قلیاییت بر تولید گلوتن در خمیرهای ورز داده شده تأثیر می گذارد و همچنین با کاهش دمایی که واکنش Maillard در آن رخ می دهد، قهوه ای شدن را بهبود می بخشد. محلولی از نمک های قلیایی که برای دادن طعم خاص و بافت جویدنی به رشته فرنگی رامن ژاپنی استفاده می شود.

محلول مشابهی در غذاهای چینی برای تهیه لامیان به دلایل مشابه استفاده می شود. نانوایان کانتونی به طور مشابه از کربنات سدیم به عنوان جایگزینی برای آب شیرین استفاده می کنند تا به کیک ها بافت خاص خود را بدهد و قهوه ای شدن را بهبود بخشد. در آشپزی آلمانی (و غذاهای اروپای مرکزی به طور گسترده‌تر)، نان‌هایی مانند چوب شور و لیمو رول‌هایی که به ‌طور سنتی با لیمو برای بهبود قهوه‌ای شدن استفاده می‌شوند، می‌توانند به جای آن با کربنات سدیم تریت شوند. کربنات سدیم به اندازه لیمو قهوه ای قوی تولید نمی کند، اما کار با آن بسیار ایمن تر و آسان تر است.

استفاده از کربنات سدیم به عنوان پیش ساز سایر ترکیبات

بی کربنات سدیم NaHCO₃ یا جوش شیرین، همچنین جزء کپسول های آتش نشانی، اغلب از کربنات سدیم تولید می شود. اگرچه NaHCO₃ خود محصول واسطه ای از فرآیند Solvay است، گرمایش مورد نیاز برای حذف آمونیاکی که آن را آلوده می کند، مقداری NaHCO₃ را تجزیه می کند و واکنش Na₂CO₃ نهایی با CO₂ را اقتصادی تر می کند:

در یک واکنش مرتبط، از کربنات سدیم برای ساخت بی سولفیت سدیم NaHSO₃ استفاده می شود که برای روش “سولفیت” جداسازی لیگنین از سلولز استفاده می شود. این واکنش برای حذف دی اکسید گوگرد از گازهای دودکش در نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرد:

این برنامه رایج تر شده است، به ویژه در جایی که ایستگاه ها باید کنترل های انتشار دقیق را رعایت کنند.

کربنات سدیم در صنعت پنبه برای خنثی کردن اسید سولفوریک مورد نیاز برای جداسازی اسید پنبه دانه های فازی استفاده می شود.

همچنین برای تشکیل کربنات‌های فلزات دیگر از طریق تبادل یونی، اغلب با سولفات‌های فلزات دیگر، استفاده می‌شود.

کاربردهای دیگر کربنات سدیم

کربنات سدیم نیز به عنوان یک پایه نسبتا قوی در زمینه های مختلف استفاده می شود. به عنوان یک قلیایی معمولی، در بسیاری از فرآیندهای شیمیایی ترجیح داده می شود، زیرا ارزان تر از هیدروکسید سدیم است و حمل و نقل آن بسیار ایمن تر است. ملایم بودن آن به ویژه استفاده از آن را در مصارف خانگی توصیه می کند.

به عنوان مثال، از آن به عنوان یک تنظیم کننده pH برای حفظ شرایط قلیایی پایدار لازم برای عملکرد اکثر عوامل تولید فیلم عکاسی استفاده می شود. همچنین یک افزودنی رایج در استخرهای شنا و آب آکواریوم برای حفظ pH مطلوب و سختی کربناته است. در رنگرزی با رنگ‌های واکنش‌گر فیبر، کربنات سدیم (اغلب با نامی مانند تثبیت‌کننده خاکستر سودا یا فعال‌کننده خاکستر سودا) برای اطمینان از پیوند شیمیایی مناسب رنگ با الیاف سلولزی (گیاهی)، معمولاً قبل از رنگ‌آمیزی (برای رنگ‌های کراواتی) استفاده می‌شود. مخلوط با رنگ (برای رنگ آمیزی)، یا پس از رنگرزی (برای رنگرزی غوطه وری). همچنین در فرآیند فلوتاسیون کف برای حفظ pH مطلوب به عنوان یک نرم کننده شناور علاوه بر CaO ​​و سایر ترکیبات با پایه ملایم استفاده می شود.

از کربنات سدیم در تولید پودر شربت استفاده می شود. احساس سرد شدن و وز کردن ناشی از واکنش گرماگیر بین کربنات سدیم و یک اسید ضعیف، معمولا اسید سیتریک است که گاز دی اکسید کربن آزاد می کند، که زمانی رخ می دهد که شربت توسط بزاق مرطوب شود.

کربنات سدیم همچنین در صنایع غذایی به عنوان یک افزودنی غذایی به عنوان تنظیم کننده اسیدیته، عامل ضد انعقاد، عامل افزایش دهنده و تثبیت کننده استفاده می شود.

در حالی که احتمال ایجاد سوختگی شیمیایی نسبت به لیمو کمتر است، اما هنگام کار با کربنات سدیم در آشپزخانه باید احتیاط کرد، زیرا برای ظروف، و فویل آلومینیومی خورنده است.

کربنات سدیم توسط صنعت آجر به عنوان یک عامل مرطوب کننده برای کاهش مقدار آب مورد نیاز برای اکسترود کردن خاک رس استفاده می شود. در ریخته گری به آن “عامل پیوند” می گویند و برای چسبیدن آلژینات مرطوب به آلژینات ژل شده استفاده می شود. کربنات سدیم در خمیردندان ها استفاده می شود، جایی که به عنوان عامل کف کننده و ساینده عمل می کند و به طور موقت pH دهان را افزایش می دهد.

کربنات سدیم نیز در فرآوری و دباغی پوست حیوانات استفاده می شود.