کربنات سدیم

کربنات سدیم، یک ترکیب شیمیایی صنعتی است که خاصیت قلیایی دارد و معمولاً به شکل پودر جامد سفید رنگ وجود دارد. این نمک کربنات با عناوین دیگری همچون سودا اَش و سدیم کربنات نیز نامگذاری می شود. از پودر جامد کربنات سدیم در تولید انواع محصولات صنعتی، پودرهای شوینده و تمیز کننده، تهیه صابون، صنعت کاغذسازی و ... به کار می رود.

کربنات سدیم و بی کربنات سدیم یکی از مواد شیمیایی رایج و مهم هستند. هر دو دارای بسیاری از کاربردهای رایج هستند و هر دو در سراسر جهان تولید می شوند. علیرغم شباهت نام آنها، این دو ماده یکسان نیستند و دارای ویژگی ها و کاربردهای زیادی هستند که به شدت تفاوت دارند.

کربنات سدیم و بی کربنات سدیم بسیار شبیه هستند. فرمول کربنات سدیم Na2CO3 است، در حالی که فرمول بی کربنات سدیم NaHCO3 است. هر دو ترکیبات یونی هستند که در هنگام حل شدن در آب، یون سدیم (Na) و بار منفی کربنات (CO3) را از نظر بارگیری آزاد می کند. بی کربنات سدیم شامل یون هیدروژن (H) مثبت است.

کربنات سدیم یک پودر جامد و سفید است. این فرم از این پودر برای تولید و قلیایی قوی استفاده می شود. هنگامی که در تماس با پوست باشد بی ضرر هست، اما می تواند باعث سوزش چشم شود. در غلظت های پایین، اگر مصرف شود، سمی نیست.

کربنات سدیم با نام های مختلف نام گذاری می شود. کربنات سدیم اغلب به نام خاکستر سودا نامگذاری می شود. اسامی دیگر عبارتند از شستن سودا، نمک کادمیوم اسید نیکل، کربنات نانو ذرات و سدیم کلسین.

کربنات سدیم با نام شیمیایی خاکستر سودا و شستشو سودا: منبع اصلی که خاکستر سودا در آن یافت می شود، سنگی به نام ترون است. کربنات سدیم به طور طبیعی در مناطق خشک رخ می دهد. این در قالب رسوبات و در مکان هایی است که دریاچه ها تبخیر می شوند. کربنات سدیم یکی از اساسی ترین مواد شیمیایی صنعتی است که در رسوبات بزرگ طبیعی یافت می شود و در وایومینگ استخراج می شود.

کاربردهای اصلی کربنات سدیم در تولید شیشه و تولید مواد شیمیایی است. همچنین در پردازش خمیر چوب برای ساخت کاغذ، ساخت صابون و مواد شوینده در پالایش آلومینیوم، نرم کردن آب و بسیاری از کاربردهای دیگر نیز استفاده می شود.

کربنات سدیم می تواند به طور طبیعی روی زمین یافت می شود یا می توان آن را در شرایط آزمایشگاهی تولید نمود. ذخایر کربنات سدیم در سراسر جهان یافت می شود. از مناطقی که بزرگترین ذخایر موجود از این ماده را دارند می توان به ایالات متحده، بوتسوانا، چین، اوگاندا، کنیا، پرو، مکزیک، هند، آفریقای جنوبی، مصر و ترکیه نام برد. کربنات سدیم عمدتا با استفاده از فرایند Solvay تولید می شود که در آن کلرید سدیم (یا نمک) و آمونیاک برای ایجاد کربنات سدیم ترکیب می شوند.

از خاکستر سودا می توان برای افزایش میزان قلیایی آب در استخرهای شنا استفاده نمود. در حقیقت این ماده که کمک می کند تا تعادل PH مناسب آب تامین شود. عکاسان همچنین از یک راه حل سدیم کربنات به عنوان بخشی از فرآیند توسعه عکس استفاده می کنند.

شستشو سودا به دلیل کاربرد آن در تولید شیشه، مواد شیمیایی، کاغذ، مواد شوینده و بسیاری از محصولات دیگر اهمیت اقتصادی قابل توجهی دارد. که از زمان های قدیم استفاده شده است.

کربنات سدیم دارای ویژگی هایی مانند مواد سفید، بدون آب، پودر یا دانه ای است. خاکستر سودا قلیایی است که در محلول های متمرکز دارای PH بالا است. این می تواند در چشم، دستگاه تنفسی و پوست ایجاد تحریک کند. کربنات سدیم نباید به صورت خوراکی مصرف شود. خاکستر سودا در سه درجه مهم دسته بندی می شود که عبارتند از: درجه سبک، درجه متوسط و درجه سنگین.

بسته بندی خاکستر سودا سبک و متراکم بیشتر مواقع در پلی اتیلن یا کیسه هایی از جنس پلاستیکی و کاغذی چند منظوره می باشد.

کربنات سدیم ماهیتی شکننده و بلوری شکل دارد.

خاکستر سودا معمولا برای مدت کوتاهی در انبار نگهداری می شود. شیوه نگهداری این ماده می تواند به صورت فله ای در یک طبقه و توسط یک لودر جلویی یا سایر دستگاه های بارگیری انبوه انجام شود.

یکی دیگر از کاربردهای خاکستر سودا در تمیز کردن هوا و نرم شدن آب می باشد.

تولید کنندگان شیمیایی از خاکستر سودا به عنوان یک واسطه استفاده می کنند تا محصولاتی را تولید کنند که نوشیدنی های نرم (شیرین کننده های ذرت) را شیرین می کنند، ناراحتی های فیزیکی را کاهش می دهند (بی کربنات سدیم) و مواد غذایی و لوازم آرایشی (فسفات) را بهبود می بخشد. مواد شوینده خانگی و محصولات کاغذی چند نمونه معمول از محصولات قابل تشخیص با استفاده از خاکستر سودا هستند.

خواص کربنات سدیم

کربنات سدیم در آب محلول بوده و با افزایش دما انحلال پذیری آن در آب و در اتانول و استون به صورت نامحلول می باشد. دارای دمای ذوب کربنات سدیم 851 درجه سلسیوس می باشد. این محصول در دماهای بالاتر تجزیه می شود و گاز کربن دی اکساید آزاد می کند. بنابراین برای این ماده دمای جوش خاصی تعریف نمی شود.

لازم به ذکر است بیشترین مقدار انحلال پذیری کربنات سدیم در آب در دمای 4/35 درجه سلسیوس می باشد.

کاربرد سدیم کربنات

کربنات سدیم دارای کاربرد های بسیار متعددی در زمینه های مختلف صنعتی می باشد که در زیر به برخی از ان ها اشاره شده است:

کربنات سدیم به دلیل قلیایی بودن تقریبا قوی آن در بسیاری از حرفه ها و پروسه های شیمیایی کاربرد دارد زیرا قیمت آن ارزان تر از سدیم هیدروکساید می باشد و همچنین بی خطر تر از آن نیز است که همین ویژگی آن باعث شده است از آن در مصارف خانگی استفاده های زیادی شود و جایگزین سود یا همان سدیم هیدروکساید شود.

برای ساخت شیشه از کربنات سدیم استفاده می کنند زیرا با کمک به کاهش دمای شیشه موجب صرفه جویی در مصرف گرمای مورد نیاز و در نتیجه انرژی می شود. همچنین در تهیه صابون و دترجنت ها از سودا اش استفاده می کنند. در نرم کردن آب سخت از کربنات سدیم در فرایند تعویض یونی به منظور حذف یون های کلسیم و منیزیم استفاده می کنند که فرایندی راحت و ارزان قیمت می باشد.

در آجر سازی نیز به عنوان عامل مرطوب کننده در تولید خمیر محسوب گردیده این امر موجب کاهش مقدار مصرف آب می شود. همچنین در بسیاری از آزمایشکاه ها به عنوان محلول استاندارد برای انجام بسیاری از تیتراسیون ها کاربرد دارد.

تولید کربنات سدیم

ماده مذکور را میتوان از چندین روش تهیه نمود که در زیر به دو روش معروف آن اشاره شده است:

1- روش Solvay

CaCO3 + 2NaCl CaCl2 + Na2CO3

در این روش که امروزه در کشورهایی نظیر آمریکا کاربرد ندارد و به روش solvay معروف است سدیم کلرید با آمونیاک واکنش داده و کربنات سدیم را تولید می کنند و همانند شکل زیر در انتهای برج کلسیم کربنات به وسیله حرارت به کربن دی اکسید تبدیل می شود و به داخل برج محلول غلیظ سدیم کلرید و آمونیاک وارد شده و سدیم بی کربنات در انتهای برج ته نشین می شود که در انتهای برج را به وسیله حرارت دادن به کربنات سدیم و آب و کربن دی اکسید تبدیل می کنند در این روش محصول جانبی آمونیاک حاصل میشود که ماده ی بسیار سمی می باشد و می تواند با ورود به هوا و منابع آبی موجب آلودگی آب ها گردد. در مجاورت آهک (کلسیم هیدروکسید) باقی مانده واکنش داده و کربن دی اکسید تولید میکند و تنها فراورده اضافی آن کلسیم کلرید می باشد که از آن میتوان برای آماده سازی سنگ گچ و یا به عنوان دهیدراتور استفاده نمود. به همین دلیل این روش، روشی اقتصادی و به صرفه است و سرعت تولید کربنات سدیم در ان بسیار بالا است به همین خاطر از این روش در بسیاری از کشورها استفاده می شود.

2- روش Wyoming trona

ترونا یک کانی خاکستری رنگ و محلول در آب، دارای لومینسانس گاهی سفید و آبی است که به صورت تبخیری در رسوبات نمکی رخ می دهد و شامل یک کربنات هیدراته و بی کربنات سدیم است و برای اولین بار در آمریکا کشف شده است و بیشتر در دریاچه‌های شور، تبت، ایران، سودان، آمریکا یافت می‌شود.

فرمول شیمیایی آن به صورت زیر می باشد:

Na2CO3.NaHCO3.2H2O

از این ماده به عنوان یک جامد و برای احتراق دی اکسید کربن، برای تولید کربنات سدیم استخراج می شود

2Na2CO3.NaHCO3.2H2O 3Na2CO3(S)+CO2(g)+5H2O(g)

3-تولید سدیم بیکربنات

یکی از موادی که با استفاده از کربنات سدیم می توان تولید نمود سدیم بیکربنات یا جوش شیرین است که برای موارد متعددی از جمله اطفا حریق قابل استفاده می باشد و فرآیند تولید آن به صورت زیر است:

Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3

خطرات ناشی از استفاده کربنات سدیم

کربنات سدیم ماده ای با خاصیت خورندگی می باشد و در دسته گروه مواد سمی متوسط قرار دارد و در صورت تماس با پوست و چشم ایجاد سوزش می نماید و استنشاق آن موجب آسیب به بدن می شود و در صورت تماس با بدن با آب فراوان شستشو داده و به پزشک مراجعه فرمایید. جهت خنثی سازی آن می توان از موادی مانند اسید کلریدریک رقیق استفاده نمود.

بسته بندی کربنات سدیم

کربنات سدیم های سبک و سنگین را معمولا در پاکت های پلاستیکی و یا پلی اتیلنی با روکش کاغذی بسته بندی می کنند.