Гидрокарбонат натрия: многостадийное получение и свойства
Гидрокарбонат натрия, или пищевая сода, - химическое соединение, которое широко используется в пищевой промышленности, медицине и быту. Однако мало кто знает, что за этим простым веществом скрывается многостадийный сложный производственный процесс. Давайте разберемся, как получают гидрокарбонат натрия и какие у него удивительные свойства.
История открытия и применения гидрокарбоната натрия
Впервые гидрокарбонат натрия был получен в 18м веке английским химиком Генри Кавендишем. Он обнаружил, что при пропускании углекислого газа через раствор соды образуется белый порошок с характерным солено-щелочным вкусом. Это вещество и было названо гидрокарбонатом натрия.
Первоначально гидрокарбонат натрия применялся только в химических опытах. Но уже в 19 веке его начали активно использовать в промышленном производстве. В частности, для очистки сахара, в текстильной промышленности и даже при дублении кожи.
А вот в кулинарии пищевая сода стала применяться только в 20 веке. До этого для разрыхления теста использовали дрожжи или простоквашу. Пищевая сода позволила готовить бездрожжевое тесто, которое не нужно было долго поднимать. Это сильно упростило и ускорило процесс выпечки.
Химические и физические свойства гидрокарбоната натрия
По химическому строению гидрокарбонат натрия представляет собой соль угольной кислоты и натрия. Его молекулярная формула - NaHCO3.
- В чистом виде это белый кристаллический порошок без запаха.
- Хорошо растворяется в воде с образованием щелочного раствора.
- Плохо растворим в спиртах.
- При нагревании до температуры выше 50°С начинает разлагаться с выделением углекислого газа.
"гидрокарбонат натрия получение" - важное химическое свойство гидрокарбоната натрия, которое лежит в основе его применения как разрыхлителя теста. При взаимодействии с кислотами, например уксусной кислотой или молочной кислотой, происходит реакция:
NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2↑
При этом выделяется углекислый газ, разрыхляющий тесто или тесто с готовыми изделиями перед выпечкой.
Промышленные способы получения гидрокарбоната натрия
В промышленном масштабе "гидрокарбонат натрия получение" осуществляется двумя основными способами: синтезом из соды и минеральным способом.
Синтез из соды
При синтезе в качестве сырья используется кальцинированная сода (безводный карбонат натрия) и насыщенный раствор аммиака. Через эту смесь при высоком давлении пропускают углекислый газ, при этом протекает реакция:
Na2CO3 + CO2 + NH3 + H2O → 2NaHCO3 + NH4Cl
Образующийся гидрокарбонат натрия выпадает в осадок, его отфильтровывают, сушат и упаковывают. А хлорид аммония, оставшийся в растворе, в дальнейшем используется для регенерации аммиака.
Минеральный способ получения
"гидрокарбонат натрия получение" возможно также из природного минерального сырья - троны. Это минерал, состоящий из гидрокарбоната натрия с примесями других солей. Трону дробят, растворяют в горячей воде и отфильтровывают примеси. После охлаждения из раствора выпадают кристаллы гидрокарбоната натрия, которые отделяют и сушат.
Сравнение методов получения
Каждый из способов "получение" гидрокарбоната натрия имеет свои преимущества и недостатки:
- Синтез из соды дешевле и производится в больших масштабах. Но такой способ более вреден для экологии.
- Минеральный способ дает более чистый продукт, пригодный для использования в пищевой и фармацевтической промышленности. Однако он ограничен наличием запасов природного сырья.
Упаковка и хранение
После получения гидрокарбонат натрия расфасовывают в бумажные мешки массой от 20 до 50 кг. Для защиты от влаги эти мешки помещают в полиэтиленовые мешки или пропитывают парафином.
Хранят гидрокарбонат натрия в сухих закрытых складских помещениях при температуре не выше +30°С. Срок годности вещества практически не ограничен, однако целостность упаковки и влажность воздуха существенно влияют на сохранность его свойств.
Применение в пищевой промышленности
Одно из основных применений гидрокарбоната натрия - использование в качестве разрыхлителя и стабилизатора кислотности в пищевой промышленности. В частности, пищевая сода:
- Способствует подъему дрожжевого и бездрожжевого теста за счет выделения углекислого газа.
- Улучшает структуру и объем готовых хлебобулочных изделий.
- Используется при консервировании овощей и фруктов для регулирования кислотности консервирующих растворов.
- Применяется в производстве напитков для установления нужного уровня рН.
Применение в медицине
Благодаря слабощелочным свойствам, гидрокарбонат натрия активно используется в медицинских целях:
- Как антацидное средство для нейтрализации избыточной кислотности желудка.
- Для подщелачивания мочи при инфекциях мочевыводящих путей.
- В качестве средства, улучшающего отхаркивание мокроты из дыхательных путей.
- Для внутривенного введения с целью коррекции метаболического ацидоза.
Однако следует помнить, что длительное использование гидрокарбоната натрия в больших дозах может привести к побочным эффектам, связанным с нарушением кислотно-щелочного баланса организма.
Применение в промышленности
В промышленных масштабах гидрокарбонат натрия используется:
- В производстве стекла для удаления пузырьков газа.
- В нефтедобывающей отрасли как ингибитор коррозии и солеотложений.
- В системах пожаротушения в смеси с другими солями.
Экологические аспекты
Гидрокарбонат натрия относится к малотоксичным веществам. Однако некоторые способы его производства наносят экологический ущерб:
- При синтезе из соды образуются сточные воды с высоким содержанием солей аммония.
- Добыча природной троны нарушает целостность геологических пластов.
Поэтому актуальными задачами являются разработка более экологичных производственных процессов и использование вторичного сырья для получения гидрокарбоната натрия.
Переработка отходов
Одним из перспективных направлений для уменьшения экологического ущерба при производстве гидрокарбоната натрия является использование отходов других производств в качестве вторичного сырья.
В частности, в щелочные стоки содового производства можно дополнительно пропускать углекислый газ для получения гидрокарбоната натрия, что снизит сброс загрязняющих веществ.
Альтернативные источники сырья
Помимо минерала троны, природным источником гидрокарбоната натрия могут служить некоторые соленые озера, где этот продукт концентрируется вместе с хлоридом натрия.
Также ведутся работы по использованию углекислых газовых выбросов различных производств для синтеза гидрокарбоната натрия. Это позволит решить сразу две экологические проблемы.
Усовершенствование технологии
Существуют разработки по интенсификации процесса синтеза гидрокарбоната натрия из соды. Например, использование ультразвука, электрических и магнитных полей.
Такие технологии позволяют снизить расход реагентов и энергии, увеличить скорость реакции и выход конечного продукта.
Безотходные технологии
Перспективным является создание замкнутых безотходных производств гидрокарбоната натрия. В таких производствах все побочные компоненты и промежуточные соединения будут возвращаться в технологический цикл.
Это позволит минимизировать поступление загрязняющих веществ в окружающую среду и повысить рентабельность за счет комплексного использования сырья.