سودا اش که نام دیگر کربنات سدیم است، یکی از مهمترین مواد شیمیایی صنعتی است که به طور وسیعی در تولید دیگر فرآورده های قلیایی، نمکهای سدیم و . . . به کار میرود.
سودا اش نام متداول سدیم کربنات بدون آب با کاربرد صنعتی است. سودا اش یا کربنات سدیم، نمک سدیم اسید کربنیک است. این ماده در حالت عادی به صورت جامد سفید رنگ می باشد. سدیم کربنات در مقیاس صنعتی از طریق فرایند سولوِی و با استفاده از آمونیاک، سنگ آهک و نمک تولید می شود. یکی از مهمترین کاربردهای کربنات سدیم استفاده از این ماده در صنعت تولید شیشه است.
کربنات سدیم با نام های soda ash و washing soda, soda crystals نیز شناخته می شود فرمول شیمیایی کربنات سدیم Na2CO3 است. CAS-Number این ماده ۴۹۷-۱۹-۸ می باشد. خلوص این محصول معمولاً براساس Na2O گزارش می شود. به طوریکه هر یک کیلوگرم سدیم کربنات دارای ۰٫۵۸۵ کیلوگرم Na2O می باشد.
سدیم کربنات دارای خاصیت قلیایی نسبتاً قوی است و از خاکستر بسیاری از گیاهان قابل استحصال است. این
محصول بیش از ۵۰۰۰ سال است که مورد استفاده ی انسان قرار می گرفته است. مصریان باستان شکل طبیعی نم کقلیایی ترکیبی شامل سدیم کربنات دکا هیدرات و سدیم بی کربنات را استفاده می کردند. آنها این نمک قلیایی را به عنوان صابون به منظور شستشو بکار می بردند. همچنین در تولید شیشه نیز از این ماده استفاده می کردند.
مشخصات فیزیکی و شیمیایی کربنات سدیم
دمای ذوب کربنات سدیم ۸۵۱ درجه سلسیوس است. این محصول در دماهای بالاتر تجزیه می شود. بنابراین دمای جوش برای این ماده تعریف نمی شود. حلالیت کربنات سدیم در آب در دمای ۲۰ درجه سلسیوس برابر با ۲۱۵ گرم در لیتر است. سایر مشخصات فیزیکی کربنات سدیم در جدول زیر نشان داده شده است.
سدیم کربنات در واکنش با کربن دی اکسید و آب تولید سدیم بی کربنات می کند.
Na2CO3 + CO2 + H2O → ۲NaHCO3
همچنین بی کربنات سدیم در حضور سود، سدیم کربنات تولید می کند.
NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O
انحلال کربنات سدیم در آب یک واکنش گرما زا است.
برای کاربردهای صنعتی دو نوع سدیم کربنات مورد استفاده قرار میگیرد
- کربنات سدیم سنگین
- کربنات سدیم سبک
تفاوت کربنات سدیم سنگین و کربنات سدیم سبک تنها در چگالی، اندازه ذرات و کاربرد آن ها است و از نظر شیمیایی تفاوتی با یکدیگر ندارند. سدیم کربنات سنگین چگالی توده ای حدود ۱۰۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب و ذراتی با اندازه ۳۰۰ تا ۵۰۰ میکرون دارداین نوع از کربنات اغلب در کارخانه های شیشه سازی استفاده می شود. ذرات درشت تر گرانول مانند این نوع موجب عدم وجود گرد خاک و ناخالصی شده و احتمال پخش شدن ذرات در هنگام حمل و نقل را کاهش می دهد. چگالی کربنات سدیم سبک حدود ۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و اندازه ذرات سدیم کربنات سبک در حدود ۱۰۰ میکرون می باشد. کربنات سدیم سبک برای تولید مواد شیمیایی و شوینده ها استفاده می شود.
موارد استفاده از کربنات سدیم
کربنات سدیم جزء موادی است که دارای کاربردهای متنوع در صنایع مختلف است. در ادامه شرح مختصری درخصوص مهمترین کابردهای سدیم کربنات ارائه می شود.
- ساخت شیشه: کربنات سدیم در صنایع شیشه سازی کاربرد دارد. بکارگیری این ماده در شیشه سازی موجب کاهش دمای تشکیل شیشه و صرفه جویی در مصرف انرژی می شود.
- تولید مواد شیمیایی: کربنات سدیم در تولید مواد شیمیایی مختلف مانند سدیم بیکربنات، سدیم سیلیکات، سدیم تریپل فسفات، سدیم دی کرومات، سدیم آلومینات، سدیم سیانید و . . . به کار می رود.
- تولید کاغذ: در صنایع تولید کاغذ کربنات سدیم به عنوان عامل تنظیم کننده اسیدیته و همچنین به منظور رنگ زدایی از کاغذ باطله به کار میرود.
- تولید صابون و دترجنت: سودا اش در تولید صابون و دترجنت ها به عنوان عامل آلکالی استفاده می شود.
- نرم کردن آب : کربنات سدیم در فرایند تعویض یونی موجب حذف یون های کلسیم و منیزیم از آب و کاهش سختی آن میشود.
- مخازن آب شهری: سودا اش، به عنوان یک افزودنی رایج در مخازن شهری جهت خنثی سازی اثر اسیدی کلر و افزایش pH به کار می رود.
- کاربرد خانگی: سدیم کربنات ، در خانه ها به عنوان نرم کننده ی آب در شست و شوی لباس ها به کار می رود. این ماده با یون های منیزیم و کلسیم موجود در آب سخت مقابله می کند و مانع از تشکیل پیوند بین آن ها با ماده شوینده به کار رفته می شود. بدون استفاده از سدیم کربنات شوینده اضافی برای خیساندن یون های منیزیم و کلسیم نیاز می شود.
- رنگرزی: به عنوان عامل استحکام دهنده پیوند بین رنگ و الیاف استفاده می گردد.
- صنعت غذا: به عنوان تنظیم کننده pH و نگهدارنده استفاده میشود.
- الکترولیز: به عنوان یک الکترولیت موجب افزایش سرعت تجزیه آب می شود.
- تاکسیدرمی: در فرایند حذف گوشت از استخوان ها به کار میرود.
- آزمایشگاههای شیمی: به عنوان استاندارد اولیه در واکنشهای تیتراسیون به کار میرود.
- خمیر دندان: به عنوان عامل افزایش دهنده pH عامل کف ساز به کار میرود.
- آجر سازی: به عنوان عامل مرطوب کننده در تولید خمیر موجب کاهش مقدار مصرف آب می شود.
- صنعت نساجی: به عنوان عامل ضد اسید در فراوری ابریشم به کار میرود.
- پتروشیمی و تصفیه نفت خام: به عنوان خنثی ساز در فرایندهای پتروشیمی استفاده می گردد.
- تصفیه روغنهای گیاهی: به عنوان عامل جداکننده اسیدهای چرب آزاد عمل میکند.
- گوگرد زدایی از دود: در فرایند حذف گوگرد از دود خروجی ازدودکشها استفاده میگردد.
مواد اولیه مورد نیاز برای تولید کربنات سدیم
مواد اولیه مورد نیاز برای تولید کربنات سدیم به روش سولوِی(Solvay) عبارتند از سنگ آهک، نمک معمولی و آمونیاک که طبق واکنشهای زیر سدیم کربنات تولید می شود.
CaCO3 → CO2 + CaO
۲NH3 + CO2 + H2O →(NH4)2CO3
(NH4)2CO3 + CO2 + H2O →۲NH4HCO3
NH4HCO3 + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl
۲NaHCO3 →Na2 CO3 + CO2 + H2O
مقدار مواد اولیه مورد نیاز برای تولید یک تن سدیم کربنات در جدول زیر نشان داده شده است.
مسائل زیست محیطی کربنات سدیم
اصلی ترین اثر نامطلوب کربنات کربنات سدیم بر محیط زیست، تاثیر آن بر pH محیط است. بنابراین تاثیر سوء سدیم کربنات بر ارگانیزمهای موجود در محیط تا حد زیادی تابع ظرفیت بافری محیطی است که این ماده در آن رها می شود. آزمایشات نشان دادهاند که این ماده در غلظتهای کمتر از ۱۰۰ میلی گرم بر لیتر بیخطر است. در صورتیکه این محصول قبل از تخلیه به محیط زیست رقیق گردد حتی به صورت موضعی نیز موجب کاهش pH نخواهد شد. در خصوص خواص ایمنی این محصول میتوان گفت که بلعیدن این ماده بدون ضرر است مگر اینکه به مقدار خیلی زیاد باشد. بوکردنِ آن ممکن است سبب سوزش بینی یا گلو شود. در اثر تماس با پوست های حساس ممکن است باعث خارش یا سوزش پوست شود. در اثر تماس با چشم ممکن است سبب ایجاد سوزش و سرخی در چشم شود.
اثرات ایمنی سوء این محصول عمدتاً به دلیل ذرات ریز آن می باشد که ممکن است وارد بینی، چشم یا گلو شوند.
