Бикарбонат натрия ( название ИЮПАК : гидрокарбонат натрия [9] ), обычно известный как пищевая сода или бикарбонат натрия , представляет собой химическое соединение с формулой NaHCO3 . Это соль , состоящая из катиона натрия ( Na + ) и аниона бикарбоната ( HCO3− ) . Бикарбонат натрия представляет собой белое твердое вещество, которое является кристаллическим , но часто выглядит как мелкий порошок. Он имеет слегка солоноватый, щелочной вкус, напоминающий вкус соды для стирки ( карбонат натрия ). Природная минеральная форма — нахколит , хотя он чаще встречается как компонент минерала трона . [10]
Поскольку она давно известна и широко используется, соль имеет много разных названий, таких как пищевая сода, хлебная сода, кулинарная сода, пивоваренная сода и бикарбонат соды, и ее часто можно найти рядом с разрыхлителем в магазинах. Термин «пищевая сода» более распространен в Соединенных Штатах, в то время как бикарбонат соды более распространен в Австралии, Великобритании и Новой Зеландии. [11] Распространены сокращенные разговорные формы, такие как бикарбонат натрия , бикарбонат соды , бикарбонат и бикарб . [12]
Префикс bi- в слове «бикарбонат» происходит от устаревшей системы наименований, существовавшей до появления молекулярных знаний. Он основан на наблюдении, что в бикарбонате натрия (NaHCO 3 ) содержится вдвое больше карбоната (CO 3 −2 ) на натрий , чем в карбонате натрия (Na 2 CO 3 ). [13] Современные химические формулы этих соединений теперь выражают их точный химический состав, который был неизвестен, когда было введено название бикарбонат калия (см. также: бикарбонат ).
В кулинарии пищевая сода в основном используется в выпечке в качестве разрыхлителя . При реакции с кислотой или при нагревании выделяется углекислый газ, который вызывает расширение теста и формирует характерную текстуру и зернистость в кексах, быстром хлебе , содовом хлебе и других выпеченных и жареных продуктах. При использовании кислоты кислотно-щелочная реакция может быть обобщенно представлена следующим образом: [14]
Кислотные материалы, которые вызывают эту реакцию, включают гидрофосфаты , винный камень , лимонный сок, йогурт , пахту , какао и уксус . Пищевая сода может использоваться вместе с закваской , которая является кислой, делая более легкий продукт с менее кислым вкусом. [15] Поскольку реакция происходит медленно при комнатной температуре, смеси (тесто для торта и т. д.) можно оставлять стоять без подъема, пока они не будут нагреты в духовке. [ требуется ссылка ]
Научный эксперимент, известный как «Вулкан из пищевой соды и уксуса», использует реакцию с уксусной кислотой для имитации извержения вулкана.
Если эту реакцию проводить внутри закрытого сосуда (например, бутылки), не имеющего возможности выхода газа, она может привести к взрыву, если давление достаточно высокое.
Тепло само по себе может привести к тому, что бикарбонат натрия начнет действовать как разрыхлитель при выпечке из-за термического разложения , выделяя углекислый газ при температуре выше 80 °C (180 °F), как показано ниже: [16]
При использовании этого способа в чистом виде, без присутствия кислотного компонента (будь то в тесте или при использовании разрыхлителя, содержащего кислоту), выделяется только половина имеющегося CO2 (на каждые два эквивалента NaHCO3 образуется одна молекула CO2 ) . Кроме того , в отсутствие кислоты термическое разложение гидрокарбоната натрия также производит карбонат натрия , который является сильнощелочным и придает выпечке горький, мыльный вкус и желтый цвет.
Разрыхлитель , также продаваемый для приготовления пищи, содержит около 30% бикарбоната и различных кислотных ингредиентов, которые активируются добавлением воды, без необходимости добавления дополнительных кислот в среду для приготовления пищи. [17] [18] [19] Многие формы разрыхлителя содержат бикарбонат натрия в сочетании с кислым фосфатом кальция , фосфатом алюминия и натрия или винным камнем . [20] Пищевая сода является щелочью; кислота, используемая в разрыхлителе, позволяет избежать металлического привкуса, когда химические изменения во время выпечки создают карбонат натрия. [21]
Его часто используют вместе с другими пищевыми добавками для бутилированной воды , чтобы придать ей вкус. [22] Его номер E в Европейском Союзе — E500. [23]
Бикарбонат натрия является одним из основных компонентов обычного фейерверка «черная змея» . Эффект вызван термическим разложением, в результате которого выделяется углекислый газ, который образует длинный змееподобный пепел как продукт сгорания другого основного компонента, сахарозы . [24] Бикарбонат натрия также задерживает реакции горения за счет высвобождения углекислого газа и воды, которые являются антипиренами, при нагревании.
Он обладает слабыми дезинфицирующими свойствами [25] [26] и может быть эффективным фунгицидом против некоторых организмов. [27] Поскольку пищевая сода поглощает затхлые запахи, она стала надежным методом для продавцов подержанных книг , позволяющим сделать книги менее зловонными. [28]
Бикарбонат натрия можно использовать для тушения небольших пожаров, связанных с жиром или электричеством, бросая его в огонь, так как при нагревании бикарбоната натрия выделяется углекислый газ. [29] Однако его не следует применять для тушения пожаров во фритюрницах ; внезапное выделение газа может привести к разбрызгиванию жира. [29] Бикарбонат натрия используется в сухих химических огнетушителях BC в качестве альтернативы более едкому моноаммонийфосфату в огнетушителях ABC. Щелочная природа бикарбоната натрия делает его единственным сухим химическим агентом, помимо Purple-K , который использовался в крупномасштабных системах пожаротушения, установленных на коммерческих кухнях. [30]
Бикарбонат натрия обладает несколькими механизмами тушения пожара, которые действуют одновременно. При нагревании он разлагается на воду и углекислый газ, эндотермическая реакция , которая лишает огонь тепла. Кроме того, он образует промежуточные продукты, которые могут удалять свободные радикалы , ответственные за распространение огня . [31] В частности, при возгорании жира он также обладает мягким эффектом омыления , образуя мыльную пену, которая может помочь потушить огонь. [30]
Бикарбонат натрия спонтанно реагирует с кислотами, выделяя газ CO2 в качестве продукта реакции. Он обычно используется для нейтрализации нежелательных кислотных растворов или кислотных разливов в химических лабораториях. [32] Нецелесообразно использовать бикарбонат натрия для нейтрализации оснований [33], хотя он является амфотерным , реагируя как с кислотами, так и с основаниями. [34]
Бикарбонат натрия принимается в качестве спортивной добавки для улучшения мышечной выносливости. [35] Исследования, проведенные в основном на мужчинах, показали, что бикарбонат натрия наиболее эффективен для повышения производительности при краткосрочных высокоинтенсивных нагрузках. [36]
Бикарбонат натрия может предотвратить рост грибков при нанесении на листья, хотя он не убьет грибок. Избыточное количество бикарбоната натрия может вызвать обесцвечивание плодов (двухпроцентный раствор) и хлороз (однопроцентный раствор). [37]
Бикарбонат натрия, смешанный с водой, можно использовать в качестве антацида для лечения кислотности и изжоги . [38] [39] Его реакция с желудочной кислотой приводит к образованию соли , воды и углекислого газа :
Смесь бикарбоната натрия и полиэтиленгликоля , например, PegLyte [40], растворенная в воде и принимаемая внутрь, является эффективным средством для промывания желудочно-кишечного тракта и слабительным средством перед желудочно-кишечной хирургией, гастроскопией и т. д. [ необходима ссылка ]
Внутривенный бикарбонат натрия в водном растворе иногда используется в случаях ацидоза или при недостаточном содержании ионов натрия или бикарбоната в крови. [41] В случаях респираторного ацидоза введенный ион бикарбоната перемещает буфер угольной кислоты/бикарбоната плазмы влево и, таким образом, повышает pH. По этой причине бикарбонат натрия используется при кардиопульмональной реанимации под медицинским наблюдением . Инфузия бикарбоната показана только при заметном снижении pH крови (< 7,1–7,0). [42]
HCO 3 − используется для лечения гиперкалиемии , так как он возвращает K + обратно в клетки во время периодов ацидоза. [43] Поскольку бикарбонат натрия может вызывать алкалоз , его иногда используют для лечения передозировки аспирина. Аспирину требуется кислая среда для надлежащего всасывания, а щелочная среда уменьшит всасывание аспирина в случаях передозировки. [44] Бикарбонат натрия также использовался для лечения передозировки трициклическими антидепрессантами . [45] Его также можно применять местно в виде пасты с тремя частями пищевой соды на одну часть воды для облегчения укусов некоторых видов насекомых (а также сопутствующего отека). [46]
Некоторые альтернативные практики, такие как Туллио Симончини , продвигали пищевую соду как лекарство от рака, против чего Американское онкологическое общество предостерегло из-за ее недоказанной эффективности и потенциальной опасности при использовании. [47] Эдзард Эрнст назвал продвижение бикарбоната натрия как лекарства от рака «одним из самых отвратительных альтернативных мошенничеств против рака, которые я видел за долгое время». [48]
Бикарбонат натрия можно добавлять к местным анестетикам , чтобы ускорить начало их действия и сделать их инъекцию менее болезненной. [49] Он также является компонентом раствора Моффета , используемого в хирургии носа . [50]
Было высказано предположение, что кислые диеты ослабляют кости. [51] Один систематический метаанализ исследования не выявил такого эффекта. [52] Другой также обнаружил, что нет никаких доказательств того, что щелочные диеты улучшают здоровье костей, но предполагает, что «может быть некоторая ценность» щелочных диет по другим причинам. [53]
Протестующие готовили и использовали антацидные растворы (например, пищевую соду) для смягчения последствий воздействия слезоточивого газа во время протестов. [ проверка не удалась ] [54]
Подобно использованию в выпечке, бикарбонат натрия используется вместе с мягкой кислотой, такой как винная кислота , в качестве наполнителя в шипучих таблетках: когда такую таблетку бросают в стакан с водой, карбонат покидает реакционную среду в виде углекислого газа (HCO 3 − + H + → H 2 O + CO 2 ↑ или, точнее, HCO 3 − + H 3 O + → 2 H 2 O + CO 2 ↑). Это заставляет таблетку распадаться, оставляя лекарство взвешенным и/или растворенным в воде вместе с полученной солью (в данном примере, тартратом натрия ). [55]
Бикарбонат натрия также используется в качестве ингредиента в некоторых ополаскивателях для рта. Он обладает противокариесными и абразивными свойствами. [56] Он действует как механическое очищающее средство для зубов и десен, нейтрализует выработку кислоты во рту, а также действует как антисептик, помогая предотвратить инфекции. [57] [58] Бикарбонат натрия в сочетании с другими ингредиентами может использоваться для изготовления сухого или влажного дезодоранта . [59] [60] Бикарбонат натрия может использоваться в качестве буферного агента в сочетании с поваренной солью при создании раствора для промывания носа . [61]
Его используют в гигиене глаз для лечения блефарита . Это делается путем добавления чайной ложки бикарбоната натрия в прохладную воду, которая была недавно вскипячена, а затем осторожного протирания основания ресниц ватным тампоном, смоченным в растворе. [62] [63]
Бикарбонат натрия используется в качестве добавки к корму для крупного рогатого скота, в частности, как буферное вещество для рубца . [64]
Бикарбонат натрия используется в процессе удаления краски и коррозии, называемом содабластинг . В качестве абразивного материала бикарбонат натрия используется для удаления поверхностных загрязнений с более мягких и менее упругих поверхностей, таких как алюминий, медь или древесина, которые могут быть повреждены абразивным материалом на основе кварцевого песка. [65]
Производитель рекомендует пасту из пищевой соды с минимальным количеством воды в качестве мягкого чистящего порошка. [29] Такая паста может быть полезна для удаления поверхностной ржавчины, поскольку ржавчина образует водорастворимое соединение в концентрированном щелочном растворе. [66] Следует использовать холодную воду, поскольку растворы горячей воды могут вызывать коррозию стали. [67] Бикарбонат натрия разрушает тонкий защитный оксидный слой, который образуется на алюминии, делая его непригодным для очистки этого металла. [68] Раствор в теплой воде удалит тусклость с серебра, когда серебро находится в контакте с куском алюминиевой фольги . [68] [69] Пищевая сода обычно добавляется в стиральные машины в качестве замены смягчителю воды и для удаления запахов с одежды. При разбавлении теплой водой она также почти так же эффективна для удаления сильных пятен от чая и кофе с чашек, как гидроксид натрия .
Во время Манхэттенского проекта по разработке ядерной бомбы в начале 1940-х годов химическая токсичность урана была проблемой. Было обнаружено, что оксиды урана очень хорошо прилипают к хлопчатобумажной ткани и не смываются мылом или стиральным порошком . Однако уран смывается 2%-ным раствором бикарбоната натрия. Одежда может быть загрязнена токсичной пылью обедненного урана (DU), который очень плотный, поэтому его используют в качестве противовесов в гражданском контексте и в бронебойных снарядах. DU не удаляется обычной стиркой; стирка с примерно 6 унциями (170 г) пищевой соды в 2 галлонах (7,5 л) воды поможет его вымыть. [70]
Часто утверждается, что пищевая сода является эффективным средством для удаления запаха [71] [ нужен лучший источник ] и рекомендуется хранить открытую коробку в холодильнике для поглощения запаха. [72] Эта идея была выдвинута ведущим американским брендом пищевой соды Arm & Hammer в рекламной кампании, начавшейся в 1972 году. [73] Хотя эта кампания считается классикой маркетинга, приведшей в течение года к тому, что более половины американских холодильников содержали коробку пищевой соды, [74] [75] существует мало доказательств того, что она эффективна в этом применении. [76] [77]
Бикарбонат натрия является амфотерным соединением. [34] Водные растворы имеют слабощелочную реакцию из-за образования угольной кислоты и гидроксид- иона: [34]
Бикарбонат натрия иногда может использоваться как мягкий нейтрализующий агент и более безопасная альтернатива сильным основаниям, таким как гидроксид натрия . [78] Реакция бикарбоната натрия и кислоты дает соль и угольную кислоту, которая легко разлагается на углекислый газ и воду: [78]
Бикарбонат натрия реагирует с уксусной кислотой (содержится в уксусе), образуя ацетат натрия , воду и диоксид углерода :
Бикарбонат натрия реагирует с основаниями , такими как гидроксид натрия, с образованием карбонатов:
При температуре от 80 до 100 °C (176–212 °F) гидрокарбонат натрия постепенно разлагается на карбонат натрия , воду и углекислый газ. Превращение происходит быстрее при 200 °C (392 °F): [79]
Большинство бикарбонатов подвергаются этой реакции дегидратации . Дальнейшее нагревание преобразует карбонат в оксид (выше 850 °C/1560 °F): [79]
Образование углекислого газа и воды частично объясняет огнетушащие свойства NaHCO 3 [30] , хотя другие факторы, такие как поглощение тепла и удаление радикалов , более значимы. [31]
В природе бикарбонат натрия встречается почти исключительно в виде нахколита или троны . Трона встречается чаще, так как нахколит лучше растворяется в воде, а химическое равновесие между двумя минералами благоприятствует троне. [10] Значительные месторождения нахколита находятся в США, Ботсване и Кении, Уганде, Турции и Мексике. [80] Самые большие месторождения троны находятся в бассейне реки Грин-Ривер в Вайоминге. [81]
Нахколит иногда встречается как компонент горючего сланца . [82]
При хранении в прохладном ( комнатной температуре ) и сухом месте (рекомендуется герметичный контейнер для защиты от влажного воздуха) бикарбонат натрия может храниться без значительного разложения в течение как минимум двух или трех лет. [83] [84] [85] [86]
Слово natron использовалось во многих языках в современное время (в формах anatron , natrum и natron ) и произошло (как испанское , французское и английское natron , а также « натрий ») через арабское naṭrūn (или anatrūn ; ср. нижнеегипетский «натронталь» Вади-эль-Натрун , где использовалась смесь карбоната натрия и гидрокарбоната натрия для дегидратации мумий [87] ) от греческого nítron (νίτρον) (Геродот; аттическое lítron (λίτρον) ), которое можно проследить до древнеегипетского ntr . Греческое nítron (сода, селитра) также использовалось в латинском (sal) nitrum и в немецком Salniter (источник азота , нитрат и т. д.). [88] [89] Слово saleratus , от латинского sal æratus (что означает «газированная соль»), широко использовалось в 19 веке как для обозначения бикарбоната натрия, так и для обозначения бикарбоната калия . [90]
В 1791 году французский химик Николя Леблан получил карбонат натрия (также известный как кальцинированная сода). Фармацевту Валентину Роузу Младшему приписывают открытие бикарбоната натрия в 1801 году в Берлине. В 1846 году два американских пекаря, Джон Дуайт и Остин Чёрч , основали первую в США фабрику по производству пищевой соды из карбоната натрия и диоксида углерода . [91]
Салератус , бикарбонат калия или натрия, упоминается в романе Редьярда Киплинга « Отважные капитаны» как широко используемый в 1800-х годах в коммерческом рыболовстве для предотвращения порчи свежевыловленной рыбы. [92]
В 1919 году сенатор США Ли Оверман заявил, что бикарбонат натрия может вылечить испанский грипп . В разгар дебатов 26 января 1919 года он прервал обсуждение, чтобы объявить об открытии лекарства. «Я хочу сказать, для тех, кто проводит это расследование», — сообщил он, «что судья высшего суда в горной местности Северной Каролины сказал мне, что они нашли лекарство от этой болезни». Предполагаемое лекарство подразумевало критику современной науки и признание простой мудрости простых людей. «Они говорят, что обычная пищевая сода вылечит болезнь», — продолжил он, «что они вылечили ее с ее помощью, что у них там вообще нет смертей; они используют обычную пищевую соду, которая лечит болезнь». [93]
Бикарбонат натрия производится промышленным способом из карбоната натрия : [94]
Он производится в масштабах около 100 000 тонн/год (по состоянию на 2001 год) [ сомнительно – обсудить ] [95] с мировой производственной мощностью 2,4 миллиона тонн в год (по состоянию на 2002 год). [96] Коммерческие количества пищевой соды также производятся аналогичным методом: кальцинированная сода, добываемая в виде руды трона , растворяется в воде и обрабатывается диоксидом углерода. Бикарбонат натрия выпадает в осадок в виде твердого вещества из этого раствора. [ требуется цитата ]
Что касается процесса Сольве , бикарбонат натрия является промежуточным продуктом в реакции хлорида натрия , аммиака и диоксида углерода . Однако продукт показывает низкую чистоту (75%). [ необходима цитата ]
Хотя это не имеет практического значения, NaHCO3 может быть получен реакцией диоксида углерода с водным раствором гидроксида натрия: [ необходима ссылка ]
Природные отложения нахколита (NaHCO3 ) обнаружены в формации Грин-Ривер эоценового возраста (55,8–33,9 млн лет назад) , бассейне Пайсенс в Колорадо . Нахколит откладывался в виде пластов в периоды сильного испарения в бассейне. Его добывают в промышленных масштабах с использованием обычных методов подземной добычи, таких как бурение, барабанная выемка и выемка длинными забоями, способом, очень похожим на добычу угля. [ требуется ссылка ]
Его также добывают методом растворения, прокачивая нагретую воду через пласты нахколита и кристаллизуя растворенный нахколит с помощью процесса кристаллизации с охлаждением.
Поскольку нахколит иногда встречается в сланце , его можно добывать как побочный продукт при добыче сланцевой нефти , где его извлекают методом растворения. [82]
Бикарбонат натрия, как «сода пищевая», был частым источником острот для Граучо Маркса в фильмах братьев Маркс . В «Утином супе » Маркс играет лидера воюющей нации. В одной из сцен он получает сообщение с поля боя о том, что его генерал сообщает о газовой атаке, и Граучо говорит своему помощнику: «Скажи ему, чтобы он принял чайную ложку соды пищевой и полстакана воды». [97] В «Ночи в опере» персонаж Граучо обращается к толпе на премьере в опере, говоря о ведущем теноре: «Синьор Ласпарри происходит из очень известной семьи. Его мать была известной певицей-басом. Его отец был первым человеком, который начинил спагетти сода пищей пищевой, таким образом вызывая и излечивая несварение желудка одновременно». [98]
В классическом романе Джозефа Л. Манкевича «Всё о Еве » персонаж Макса Фабиана ( Грегори Ратофф ) имеет расширенную сцену с Марго Ченнинг ( Бетт Дэвис ), в которой, страдая от изжоги, он просит, а затем выпивает соду, вызывая сильную отрыжку. Ченнинг обещает всегда иметь коробку соды с именем Макса.
{{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )