کربنات سدیم سنگین

یکی از انواع ترکیب شیمیایی سدیم کربنات است که به روش صنعتی سولوِی تولید می شود. این نمک معدنی دارای ذرات درشت تر با ابعاد حدود 250 تا 500 میکرومتر است. از کربنات سدیم سنگین در تولید انواع شیشه و محصولات شوینده و تمیز کننده استفاده می شود.

کربنات سدیم سنگین یکی از گونه های سدیم کربنات می باشد که از نظر خواص شیمیایی هیچ تفاوتی با کربنات سدیم سبک نداشته و فرق آن ها تنها در برخی خواص فیزیکی مانند چگالی در نتیجه کاربردهای آن ها می باشد.

از دیگر نام های کربنات سدیم سنگین می توان به بی سدیم کربنات، کلسینید سودا، اسیدکربونیک، نمک دی سدیم، نمک سدیم، دی سدیم کربنات، سودا، خاکستر سودا، سودا مونوهیدرات اشاره کرد.

کربنات سدیم سنگین جامد کریستالی یا پودر یا به صورت توده ای شکل می باشد و دارای رنگ سفید تا خاکستری است و بدون بو می باشد. در آب محلول بوده و در گلیسرول قابل حل بوده و در اتانول، استون و دی اتیل اتر غیر قابل حل می باشد. دارای اشکال مختلفی از جمله انهیدروس، مونو هیدرات، هپتا هیدرات و دکا هیدرات می باشد که به ترتیب دارای نقطه ی ذوب 851 درجه سانتیگراد، 100 درجه سانتیگراد، 32 درجه سانتیگراد و 34 درجه سانتیگراد می باشند. کربنات سدیم سنگین دارای فشار بخار بسیار ناچیز بوده و یک جاذب رطوبت می باشد. دارای جرم مولی 988/105 گرم بر مول است و دارای نقطه ی دوب 851 درجه سلسیوس می باشد. کربنات سدیم از جمله کربنات سدیم سنگین در اثر حرارت زیاد تجزیه شده و گاز کربن دی اکساید را تولید می نماید به همین خاطر برای آن نقطه جوش تعریف نشده است و کربنات سدیم سنگین نسبت به سبک آن دارای دانسیته ی بالاتری می باشد و فرم سنگین آن را از فرم سبک آن به دست می اورند. کربنات سدیم سنگین ماده ای پایدار می باشد و رطوبت و دی اکسید کربن هوا را جذب می کند به همین دلیل باید به دور از رطوبت نگهداری گردد. در اثر تجزیه می تواند به موادی مانند دی اکسید کربن و فیوم های سمی اکسید سدیم تبدیل شود. کربنات سدیم سنگین چگالی جرم حدود هزار کیلوگرم در متر مکعب و اندازه ی ذرات ۳۰۰-۵۰۰۰ میکرومتر می باشد.

کربنات سدیم سنگین از چه مواد معدنی بدست می آید؟

دمای 15 درجه سانتیگراد 16.4 گرم از کربنات سدیم سنگین در 100 میلی لیتر آب حل می شود که به آن کربنات سدیم مونوهیدرات نیز گفته می شود. کربنات سدیم مونوهیدرات با استفاده از روش های دی هیدراته کردن (روش های آب زدایی) به کربنات سدیم سنگین تبدیل می شود. کربنات سدیم سنگین ماده حالت دیگری از کربنات سدیم است با این تفاوت که اندازه دانه های درشت تر دارد، شبکه فازی آن اورتورومبیک است و دانسیته بیشتری نیز دارد. در حقیقت دانسیته کربنات سدیم برابر با 2.5 گرم بر سانتی متر مکعب است در حالی که چگالی کربنات سدیم سنگین برابر با 9.5 گرم بر سانتی متر مکعب می باشد.ترموناتریت برای اولین بار در سال 1845 کشف شد. ترموناتریت یک فرم معدنی تبلور یافته طبیعی کربنات سدیم است.

کربنات سدیم سنگین چه خصوصیاتی دارد؟

این پودر در آب قابل حل است و هرچه دمای محیط یا آب بیشتر شود، انحلال آن در آن نیز بیشتر می شود. به عنوان مثال در دمای 15 درجه سانتیگراد 16.4 گرم از کربنات سدیم سنگین در 100 میلی لیتر آب حل می شود، ولی اگر دمای آب به 100 درجه سانتیگراد برسد، آنگاه مقدار کربنات سدیم سنگین حل شده در 100 میلی لیتر آب به 43.6 گرم می رسد. ترکیب کربنات سدیم سنگین با آب محلول بازی قوی با pH حدودی 11.5 بدست می دهد که دلیل آن وجود سدیم و ترکیب قلیایی پودر به خصوص هیدروکسید سدیم است. بنابراین نتیجه می گیریم محلول آبی کربنات سدیم سنگین یک باز به شدت قوی است. این محلول واکنش بسیار شدیدی با تعداد زیادی از اسید ها دارد. در صورت حرارت دادن، محلول بازی کربنات سدیم سنگین تجزیه شده و گاز سمی دی سدیم اکسید (Na2O) تولید و منتشر می کند که برای دستگاه تنفسی جانداران به شدت مضر است.

این ماده در اندازه ذرات مختلف از 60 تا 2000 میکرون موجود است، با این حال حالت غالب و کاربردی این ماده در اندازه ذرات 250-450 میکرون قرار دارد. همانطور که مشخص است اندازه ذرات متوسط کربنات سدیم سنگین برابر با 350 میکرو متر می باشد. نقطه ذوب کربنات سدیم سنگین برابر با 851 درجه سانتیگراد می باشد. این ماده در هوای محیط پایدار است اما رطوبت بالایی را پس از مدتی به خود جذب می کند، از این رو به این ماده هیدروسکوپیک گفته می شود (موادی که رطوبت هوا را به خود می گیرند). سختی این ماده به روش موس نیز بررسی شده است و مقدارش 1.3 گزارش شده است. این عدد نشان می دهد که کربنات سدیم سنگین سختی بسیار پایینی دارد و جز مواد نرم به حساب می آید.

کاربرد کربنات سدیم

سدیم کربنات ها از جمله کربنات سدیم سنگین دارای کاربردهای بسیاری می باشند که از میان آنها می توان به شیشه سازی (با افزایش دمای زیاد سدیم کربنات و اضافه کردن ماسه و کلسیم کربنات و کاهش دمای ناگهانی) و عامل تنظیم کننده ی pH جهت پایداری شرایط قلیایی و به عنوان جایگزین برای سدیم هیدروکساید و به عنوان الکترولیت استفاده می شوند زیرا الکترولیت ها معمولا بازهای نمکی دارند و سدیم کربنات نیز دارای همین ویژگی می باشد.

از کربنات سدیم سنگین به عنوان یک عامل ذوب کننده در ذوب سیلیس در شیشه سازی استفاده می کنند. همچنین از کربنات سدیم سنگین به طور گسترده ای در متالوژی و مواد شوینده استفاده می شود.

در منازل از کربنات سدیم سنگین یا سبک می توان به منظور حذف لکه های الکل و گریس و روغن بکار می رود. همچنین به منظور عامل ضد رسوب در کتری های آب جوش و ماشین های بخاری که مستعد رسوب هستند استفاده می گردد. در صنایع بستنی سازی و در کارگاه های آجر پزی نیز این مواد کاربرد دارند. کربنات سدیم سنگین بیشتر در صنعت شیشه سازی استفاده شده زیرا ذرات آن از سودا اش بزرگتر بوده و امکان گرفتن گرد و خاک کمتر می باشد. کربنات سدیم برای کاهش دمای ذوب ماسه سیلیسی مصرف می گردد، در نتیجه می تواند هزینه انرژی در کارخانه را کاهش دهد ولی دارای یک نقص است. کربنات سدیم در آب قابل حل می باشد و به همین دلیل به آن کربنات کلسیم و یا آهک اضافه کرده تا از عمل حل شدن شیشه در آب جلوگیری شود.

همچنین از کربنات سدیم سنگین در فرآیند نرم سازی آب های سخت به منظور حذف یون های منیزیم و کلسیم استفاده می شود.

کاربرد های کربنات سدیم سنگین در چه صنایعی است؟

از این ماده به عنوان ماده اولیه در ساخت شیشه، نایلون، صابون و کاغذ سازی استفاده می شود. همچنین در تولید مواد شوینده نیز کاربرد دارد. در واقع از کربنات سدیم سنگین در صنعت شیشه سازی به عنوان عامل روان ساز برای ذوب سیلیکا استفاده می شود. زیرا کربنات سدیم سنگین باعث کاهش دمای ذوب سیلیکا می شود، به حدی که می توان آن را بدون استفاده از سایر افزودنی های دیگر ذوب کرد.

یکی دیگر از کاربردهای کربنات سدیم سنگین در تنظیم pH آب و حذف یون های سنگین آب است. به این صورت که مقدار یا از پودر با یون منیزیم یا کلسیم واکنش می دهد و محصول حاصل به صورت پودر در ته محلول رسوب می کند و جدا می شود.

با توجه به خاصیت این ماده، از کربنات سدیم سنگین برای از بین بردن میکروب ها و باکتری ها استفاده می کنند، به عنوان مثال آن را بر روی چوب می ریزند تا کپک های حاصله را از بین ببرد، همچنین از آن به عنوان ضد عفونی کننده در صنایع بسته بندی نیز استفاده می کنند. در صنایع کاغذ سازی نیز به دلیل pH مناسب، از کربنات سدیم سنگین به عنوان عامل سفید کننده کاغذ استفاده می شود.

تولید کربنات سدیم سنگین

کربنات سدیم سبک با هیدراته شدن به مونوهیدرات سدیم تبدیل شده و با گرفتن آب آن محصولی با دانسیته ی بالاتر به دست می آورند که کربنات سدیم سنگین می باشد و دارای سایز کریستال های بزرگتری می باشد
.

از روشهای متعددی می توان سدیم کربنات از جمله سنگین آن را بدست آورد به عنوان مثال یکی از روش های قدیمی و معروف آن روش سولوی (solvay) می باشد که در زیر آمده است.

روس سولوی:

در این روش از مواد اولیه آهک، نمک سدیم کلراید و آمونیاک استفاده می شود که در زیر مراحل آن آمده است.

واکنش های مربوط به تولید سدیم کربنات:

CaCO3 CO2+ CaO

2NH3 + CO2 + H2O (NH4)2CO3

(NH4)2CO3 + CO2 + H2O 2NH4HCO3

NH4HCO3 + NaCl NaHCO3+ NH4Cl

2NaHCO3 Na2CO3+ CO2 + H2O

سنگ آهک و نمک در کشور ایران به فراوانی یافت می شود و در تامین آنها مشکل وجود ندارد. همچنین آمونیاک نیز در واحد های تولید اوره و آمونیاک کشور قابل دسترس می باشد.

کربنات سدیم (سنگین و سبک) یک قلیای نسبتا قوی هستند و همچنین می توانند از خاکستر بسیاری از گیاهان بدست آیند.

خطرات ناشی از استفاده کربنات سدیم

بر اساس مطالعات انجام شده این ماده برای انسان ها محرک نیست و محلول 50 % این ماده بر روی پوست انسان ها سبب تحریک و سوختگی نمی شود. خطر تحریق و انفجار ندارد. در صورت تماس با چشم و پوست باید چشم یا پوست را به مدت حداقل 15 دقیقه با آب شستشو داد و به پزشک مراجعه نمود و در صورت بلعیدن حتما مقداری آب باید نوشیده شود و دهان را با آب شستشو دهید.

نگهداری کربنات سدیم سنگین

در کیسه های پلی اتیلنی در محل های خشک و دارای تهویه نگهداری گردد. از تماس این ماده با آب و رطوبت اجتناب گردد و مخازن آنها باید به دور از مخازن اسید باشد.