Bicarbonato de sódio

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Antecedentes

O bicarbonato de sódio é um pó cristalino branco (NaHCO ₃ ) mais conhecido pelos químicos como bicarbonato de sódio, bicarbonato de sódio, hidrogenocarbonato de sódio ou carbonato de ácido de sódio. É classificado como um sal ácido, formado pela combinação de um ácido (carbônico) e uma base (hidróxido de sódio) e reage com outros produtos químicos como um álcali suave. Em temperaturas acima de 300 graus Fahrenheit (149 graus Celsius), o bicarbonato de sódio se decompõe em carbonato de sódio (uma substância mais estável), água e dióxido de carbono.

As propriedades químicas e físicas nativas do bicarbonato de sódio são responsáveis ​​por sua ampla gama de aplicações, incluindo limpeza, desodorização, tamponamento e extinção de incêndio. O bicarbonato de sódio neutraliza os odores quimicamente, em vez de mascará-los ou absorvê-los. Conseqüentemente, é usado em sais de banho e desodorantes em pó corporal. O bicarbonato de sódio tende a manter um pH de 8,1 (7 é neutro) mesmo quando ácidos, que baixam o pH, ou bases, que aumentam o pH, são adicionados à solução. Sua capacidade de formar comprimidos torna-o um bom ingrediente efervescente em antiácidos e produtos de limpeza de dentaduras. O bicarbonato de sódio também é encontrado em alguns produtos anti-placa para bochechos e pastas de dente. Quando o bicarbonato de sódio é usado como um limpador em forma de pasta ou seco em uma esponja úmida, sua estrutura cristalina fornece uma abrasão suave que ajuda a remover a sujeira sem arranhar as superfícies sensíveis. Sua alcalinidade moderada transforma os ácidos graxos contidos na sujeira e na graxa em uma forma de sabão que pode ser dissolvido em água e facilmente enxaguado. O bicarbonato de sódio também é usado como agente de fermentação na fabricação de produtos assados, como pão ou panquecas. Quando combinado com um agente ácido (como o suco de limão), o gás dióxido de carbono é liberado e absorvido pelas células do produto. À medida que o gás se expande durante o cozimento, as paredes das células também se expandem, criando um produto fermentado.

Além de seus muitos usos domésticos, o bicarbonato de sódio também tem muitas aplicações industriais. Por exemplo, o bicarbonato de sódio libera dióxido de carbono quando aquecido. Como o dióxido de carbono é mais pesado que o ar, ele pode abafar as chamas, mantendo o oxigênio do lado de fora, tornando o bicarbonato de sódio um agente útil em extintores de incêndio. Outras aplicações incluem controle de poluição do ar (porque absorve dióxido de enxofre e outras emissões de gases ácidos), jatos abrasivos para remoção de revestimentos de superfície, fabricação de produtos químicos, curtimento de couro, fluidos de perfuração de poços de petróleo (porque precipita cálcio e atua como um lubrificante), borracha e fabricação de plástico, fabricação de papel, processamento têxtil e tratamento de água (porque reduz o nível de chumbo e outros metais pesados).

Importado da Inglaterra, o bicarbonato de sódio foi usado pela primeira vez na América durante a época colonial, mas não foi produzido nos Estados Unidos até 1839. Em 1846, Austin Church, um médico de Connecticut, e John Dwight, um fazendeiro de Massachusetts, estabeleceram uma fábrica em Nova York para fabricar bicarbonato de sódio. O filho do Dr. Church, John, era dono de uma fábrica chamada Vulcan Spice Mills. Vulcan, o deus romano da forja e do fogo, era representado por um braço e um martelo, e a nova empresa de bicarbonato de sódio adotou o logotipo do braço e do martelo como seu. Hoje, a marca de bicarbonato de sódio da Arm &Hammer está entre as marcas mais amplamente reconhecidas.

Nomeado em homenagem a Nicolas Leblanc, o químico francês que o inventou, o processo de Leblanc foi o meio mais antigo de fabricação de carbonato de sódio (Na ₂ CO ₃ ), a partir do qual é feito o bicarbonato de sódio. O cloreto de sódio (sal de cozinha) foi aquecido com ácido sulfúrico, produzindo sulfato de sódio e ácido clorídrico. O sulfato de sódio foi então aquecido com carvão e calcário para formar carbonato de sódio, ou carbonato de sódio.

No final dos anos 1800, outro método de produção de carbonato de sódio foi desenvolvido por Ernest Solvay, um engenheiro químico belga. O método Solvay foi logo adaptado nos Estados Unidos, onde substituiu o processo de Leblanc. No processo Solvay, dióxido de carbono e amônia são passados ​​para uma solução concentrada de cloreto de sódio. O bicarbonato de sódio bruto precipita e é aquecido para formar carbonato de sódio, que é posteriormente tratado e refinado para formar o bicarbonato de sódio da Farnacopeia dos Estados Unidos (U.S.P.) pureza.

Embora este método de produção de carbonato de sódio seja amplamente utilizado, também é problemático porque os produtos químicos usados ​​no processo são poluentes e causam problemas de descarte. Uma alternativa é refinar o carbonato de sódio do minério de trona, um depósito natural.

Matérias-primas

O bicarbonato de sódio, ou bicarbonato de sódio, provém do carbonato de sódio obtido pelo processo Solvay ou do minério de trona, um material duro e cristalino. Trona remonta a 50 milhões de anos, quando as terras ao redor de Green River, Wyoming, eram cobertas por um lago de 1.554 quilômetros quadrados. À medida que evaporou com o tempo, esse lago deixou um depósito de 200 bilhões de toneladas de trona puro entre camadas de arenito e xisto. O depósito na Bacia do Rio Green é grande o suficiente para atender às necessidades mundiais de carbonato de sódio e bicarbonato de sódio por milhares de anos.

Como o processo sintético usado no método Solvay apresentava alguns problemas de poluição, a Church &Dwight Co. Inc. está baseando cada vez mais sua fabricação na mineração de trona. Outro grande produtor de carbonato de sódio, a FMC Corporation, também depende da trona para fabricar carbonato de sódio e bicarbonato de sódio. Trona é extraída a 1.500 pés (457,2 metros) abaixo da superfície. Os poços de mina da FMC contêm cerca de 2.500 (4.022,5 quilômetros) milhas de túneis e cobrem 24 milhas quadradas (62 quilômetros quadrados). Com quinze pés (4,57 metros) de largura e nove pés (2,74 metros) de altura, esses túneis permitem que os equipamentos e veículos necessários para viajar por eles.

O processo de fabricação

Fabricação de carbonato de sódio

• 1 O carbonato de sódio pode ser fabricado quimicamente pelo processo Solvay, ou pode ser feito do minério de trona. Se for usado minério de trona, deve primeiro ser extraído. Depois de ser trazido à superfície, o minério de trona é transportado para várias unidades de processamento. Lá, o minério é refinado em uma pasta de sesquicarbonato de sódio, um produto intermediário de carbonato de sódio que na verdade contém carbonato de sódio (carbonato de sódio) e bicarbonato de sódio (bicarbonato de sódio).

Fazendo bicarbonato de sódio

• 2 Em seguida, a solução intermediária de carbonato de sódio é colocada em uma centrífuga, que separa o líquido dos cristais. Os cristais são então dissolvidos em uma solução de bicarbonato (uma solução de carbonato de sódio feita pelo fabricante) em um dissolvedor giratório, tornando-se uma solução saturada. Esta solução é filtrada para remover qualquer material insolúvel e então bombeada através de um tanque de alimentação para o topo de uma torre de carbonatação.
• 3 Dióxido de carbono purificado é introduzido na parte inferior da torre e mantido sob pressão. Conforme a solução saturada de sódio se move pela torre, ela esfria e reage com o dióxido de carbono para formar cristais de bicarbonato de sódio. Esses cristais são coletados na parte inferior da torre e transferidos para outra centrífuga, onde o excesso de solução (filtrado) é filtrado. Os cristais são então lavados em uma solução de bicarbonato, formando uma substância semelhante a um bolo, pronta para secar. O filtrado removido da centrífuga é reciclado para o dissolvedor rotativo, onde é usado para saturar mais cristais de carbonato de sódio intermediários.
• 4 A torta de filtro lavada é então seca em uma esteira transportadora contínua ou em um secador de tubo vertical denominado secador flash. O rendimento teórico do processo, de acordo com a Church &Dwight Company, está entre 90 e 95 por cento, e o bicarbonato de sódio fabricado é mais de 99 por cento puro.

Uma ilustração do processo de fabricação do bicarbonato de sódio. Uma etapa fundamental do processo ocorre na torre de carbonatação. Aqui, a solução saturada de carbonato de sódio se move do topo da torre para baixo. À medida que cai, a solução esfria e reage com o dióxido de carbono para formar cristais de bicarbonato de sódio - o bicarbonato de sódio. Depois de filtrar, lavar e secar, os cristais são classificados por tamanho de partícula e embalados de forma adequada.

Classificação e armazenamento das
diferentes classes

• 5 Em seguida, os cristais secos de bicarbonato de sódio são separados em vários graus por tamanho de partícula. Os graus padrão de bicarbonato de sódio e os graus especiais são fabricados para atender aos requisitos específicos dos clientes, e o tamanho da partícula é o principal determinante dos graus. O pó no. 1 e o granulado fino no. 2 têm uma ampla variedade de usos em alimentos, produtos químicos e farmacêuticos. Graus granulares 4 e 5 são encontrados em alimentos e donuts, compostos de limpeza, produtos farmacêuticos e muitos outros produtos. O bicarbonato de sódio de grau industrial é usado em diversas aplicações, incluindo fluidos de perfuração de poços de petróleo, materiais de extinção de incêndio e tratamento de água.
• 6 Cada grau vai para um compartimento de armazenamento onde a atmosfera, o dióxido de carbono e o teor de umidade são controlados para "curar" o produto. Depois de curados, os graus estão prontos para serem embalados e enviados.

Controle de qualidade

A qualidade do bicarbonato de sódio é controlada em todas as fases do processo de fabricação. Materiais, equipamentos e o próprio processo são selecionados para produzir bicarbonato de sódio da mais alta qualidade possível. De acordo com fontes da FMC, quando a empresa construiu as fábricas, ela escolheu materiais e equipamentos que seriam compatíveis com os rigorosos requisitos de qualidade para a produção de bicarbonato de sódio de grau farmacêutico. FMC também usa Controle Estatístico de Processo (SPC) para manter a qualidade diária invariável e os principais parâmetros operacionais são mapeados para manter o controle do processo. Os parâmetros de qualidade do produto são registrados por número de lote e as amostras são mantidas por dois a três anos.

All U.S.P. graus atendem ao United States Pharmacopoeia and Food Chemicals Codex especificações para uso em aplicações farmacêuticas e alimentícias. Além disso, o bicarbonato de sódio de grau alimentício atende aos requisitos especificados pela Food and Drug Administration dos EUA como uma substância que é geralmente reconhecida como segura (GRAS).

O Futuro

Na virada do século XX, 53.000 toneladas (48.071 toneladas métricas) de bicarbonato de sódio eram vendidas anualmente. Enquanto a população aumentou dramaticamente, as vendas em 1990 caíram para cerca de 32.000 toneladas (29.024 toneladas métricas) por ano. A farinha com fermento e as misturas para bolos e biscoitos diminuíram a demanda por bicarbonato de sódio como um importante ingrediente de panificação. Mesmo assim, a demanda pelo produto ainda é significativa. Os padeiros comerciais (principalmente os fabricantes de biscoitos) são um dos principais usuários deste produto. Um dos atributos mais importantes do bicarbonato de sódio é que, quando exposto ao calor, ele libera gás dióxido de carbono (CO ₂ ) que faz com que os produtos de panificação aumentem. O bicarbonato de sódio também é usado nas indústrias farmacêutica e de saúde, e também tem outras aplicações industriais. Portanto, continua a ser um produto importante para hoje e para o futuro.