مقایسه کربنات کلسیم (سنگ آهک) و بی کربنات سدیم (جوش شیرین)
کربنات کلسیم Calcium Carbonate و جوش شیرین Baking Soda دو ماده شیمیایی بسیار پر کاربرد در زندگی انسان ها هستند. این دو ترکیب شیمیایی اهمیت فراوانی در صنعت ، تولید مواد خوراکی ، پرورش دام و طیور و موارد پزشکی دارند. این دو ماده از نظر فیزیکی ، شیمیایی و کاربرد ، شباهت ها و تفاوت هایی با هم دارند. یکی از مهم ترین تفاوت های آنها این است که کربنات کلسیم ماده ای نامحلول در آب بوده در حالی که جوش شیرین به راحتی در آب حل می شود. در این مطلب به صورت علمی به مقایسه کربنات کلسیم و جوش شیرین از نظر کاربرد و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آنها می پردازیم.
| جدول مقایسه مشخصات فنی کربنات کلسیم و بی‌کربنات سدیم | ||
| کربنات کلسیم | جوش شیرین | |
| فرمول شیمیایی | CaCO3 | NaHCO3 |
| pH | 9 | 10.329 |
| ساختار کریستالی | مثلثی | مونوکلینیک |
| وزن مولکولی | 100.0869 گرم بر مول | 84.0066 گرم بر مول |
| شکل ظاهری | پودر سفید رنگ و بی بو با طعم خاک | کریستالی سفید بی بو |
| چگالی | 2.711 تا 2.83 گرم بر سانتی متر مکعب | 2.20 گرم بر سانتی متر مکعب |
| دمای تجزیه | 825 تا 1339 درجه سانتی گراد | 50 درجه سانتی گراد |
| انحلال پذیری در آب | نامحلول | 69 تا 165 گرم در لیتر (در دماهای مختلف) |
مقایسه شیمیایی و فیزیکی
به لحاظ ظاهری ، کربنات کلسیم و بی کربنات سدیم دارای رنگ سفید و بی بو هستند. از نظر شیمیایی ، مهمترین شباهت جوش شیرین با کلسیم کربنات در قلیایی بودن هر دو ماده است. این مواد در صورت واکنش با اسید ها ، قادر به خنثی سازی آنها بوده و در نهایت آب و نمک باقی می ماند. پی اچ کربنات کلسیم برابر با 9 و پی اچ جوش شیرین حدود 10 می باشد.
تفاوت دو ماده از نظر ساختار مولکولی و فرمولاسیون است. فرمول شیمیایی کربنات کلسیم به صورت CaCO3 می باشد که از یون مثبت کلسیم Ca و یون منفی کربنات CO3 تشکیل شده است در حالی که جوش شیرین دارای فرمول شیمیایی NaHCO3 و تشکیل شده از یون های سدیم مثبت Na و بی کربنات منفی HCO3 می باشد. کربنات کلسیم دارای مولکولی فشرده تر از جوش شیرین است زیرا وزن مولکولی آن برابر با یکصد میلی گرم بر مول در مقابل وزن مولی 84 میلی گرم بر مول بی کربنات سدیم می باشد. همچنین چگالی 2.84 گرم بر سانتی متر مکعب در مقابل 2.2 گرم بر سانتی متر مکعب جوش شیرین دارد.
شاید اصلی ترین تفاوت این دو ماده را بتوان از نظر انحلال پذیری در آب دانست. راحت ترین روش تشخیص کربنات کلسیم از جوش شیرین ، حل کردن مقداری از آنها در آب است. کلسیم کربنات ماده ای تقریبا نامحلول در آب می باشد و در صورت ترکیب آن با آب ، در ظرف ته نشین می گردد. این در حالی است که بی کربنات سدیم به راحتی و به میزان 70 تا 165 گرم در هر لیتر آب (در درجه حرارت های مختلف) قابل حل شدن می باشد. در نهایت به بررسی ساختمان کریستالی این دو می پردازیم. کربنات کلسیم ساختار کریستالی مثلثی در مقابل ساختار مونوکلینیک جوش شیرین دارد.
مقایسه کاربرد جوش شیرین و کربنات کلسیم
مهم ترین زمینه مصرف کربنات کلسیم در بخش ساختمانی و راه سازی است. این ماده از هزاران سال قبل به صورت بسیار گسترده ای توسط بشر برای ساخت و ساز به کار می رود. همچنین فراورده های آن یعنی انواع آهک هم به عنوان پایه ساختمان سازی و تولید مصالح ساختمانی کاربرد دارد. کربنات کلسیم همچنین در تولید بسیاری از محصولات مانند لاستیک ، پلاستیک و پلیمر ها ، رنگ ، رزین چسب ، صنایع نفت و گاز و پتروشیمی ، تولید کاغذ ، تولید آهک و صنایع شیمیایی هم به میزان فراوانی استفاده می شود. در حالی که بی کربنات سدیم هیچگونه کاربردی در بخش ساختمانی نداشته و بیشتر برای مواد خوراکی بکار می رود و موارد مصرف آن بسیار محدود تر از کلسیم کربنات است. در ادامه به مقایسه کاربرد های این ترکیب می پردازیم.
صنایع غذایی
شاید مهم ترین و شناخته شده ترین خواص جوش شیرین را بتوان در صنایع غذایی و تولید خوراکی ها دانست. در حالی که کربنات کلسیم کاربرد بسیار محدودی در این زمینه دارد. بی‌کربنات سدیم به اصطلاح یک عامل پوک کننده است به این معنا که در صورت افزوده شدن به مواد غذایی شروع به ایجاد حباب های دی اکسید کربن کرده و بافت ماده غذائی را نرم می نماید. این عملکرد در خوراکی هایی که حاوی مواد اسیدی هستند نظیر فسفات ، تارتار ، آب لیمو ترش ، ماست ، کره حیوانی ، کاکائو و سرکه به وضوح مشخص است. جوش شیرین در پخت نان و کیک ، نقش خمیر ترش را بازی می نماید و می توان با کمک آن ، بدون اینکه خمیر استراحت کند ، به سرعت نان پخت. این ماده همچنین سبب سفید تر شدن مواد غذایی می گردد. دیگر فواید جوش شیرین در خوراکی ها این است که از اسیدی شدن این مواد جلوگیری می نماید که در نتیجه محیط برای رشد و گسترش میکروارگانیسم ها که علاقه به شرایط اسیدی دارند نامطلوب می شود بنابراین نقش یک ماده نگه دارند در مواد غذایی برای به تعویق انداختن خرابی ، ترش شدن و کپک زدن خوراکی ها را دارد.
خوراک دام و طیور
برخلاف مواد غذایی مورد مصرف انسان ، در خوراک دام طیور ، بیشتر از کربنات کلسیم استفاده می شود و بی‌کربنات سدیم کاربرد کمتری دارد. کلسیم کربنات بهترین منبع تامین کلسیم مورد نیاز در گاوداری ها و مرغداری ها می باشد و در حجم بسیار بالایی مصرف می شود در حالی که جوش شیرین به ندرت و تنها برای درمان برخی مشکلات گوارشی در اختیار گله قرار می گیرد.
تولید دارو و موارد پزشکی
هر دو ترکیب شیمیایی مذکور در بخش درمانی و پزشکی دارای کاربرد هایی هستند. شباهت این دو ماده در زمینه پزشکی به علت قلیایی و همچنین بی خطر بودن آنها است. همانطور که گفته شد ، کربنات کلسیم منبع مهمی برای تامین کلسیم مورد نیاز بدن است که نقش اساسی در تقویت استخوان ها ، رفع مشکلات گوارشی و تنظیم مواد شیمیایی در بدن انسان دارد. از این ماده ، انواع قرص ، کپسول و مکمل کلسیم را تولید می کنند. علاوه بر این به عنوان یک ماده پر کننده در تولید برخی محصولات آرایشی و بهداشتی همچون خمیر دندان کاربرد دارد.
جوش شیرین هم مانند کربنات کلسیم به دلیل دارا بودن خاصیت قلیایی ، گاهی اوقات برای درمان مشکل رفلاکس معده که سبب سوزش شکم و سینه می شود بکار می رود. به دلیل اینکه این ماده بیشتر و راحت تر از پودر کربنات کلسیم در خانه های یافت می گردد ، بنابراین کاربرد بیشتری جهت خود درمانی جهت رفع زیادی اسید معده دارد.
مضرات و عوارض کربنات کلسیم و جوش شیرین در خوراکی ها
همان طور که گفته شد ، کلسیم کربنات منبع مهمی برای جذب کلسیم قابل جذب مورد نیاز بدن است. اما برای شروع مصرف و دوز (مقدار) مورد نیاز روزانه حتما باید با پزشک متخصص مشورت نمود زیرا مقدار بیشتر از نیاز آن در برخی بافت ها نظیر کلیه رسوب نموده و تشکیل سنگ کلیه می دهد. از طرفی به دلیل کاهش اسیدیته محیط معده ، هضم مواد غذایی را با مشکل مواجه خواهد کرد.
در مورد جوش شیرین هم وضعیت به همین صورت است. با وجود این که مقدا اندک بی‌کربنات سدیم ممکن است برای سیستم گوارش مفید باشد ، اما مقدار زیاد جوش شیرین در نان و دیگر مواد غذایی می تواند فعالیت میکروارگانیسم های مفید که بدن ما برای تجزیه خوراکی ها به آن ها نیاز دارد را مختل نماید. همچنین به دلیل کاهش اسید معده ، هضم مواد خوراکی را با مشکل مواجه خواهد نمود. سدیم بی کربنات زیاد باعث تجزیه برخی ویتامین ها نظیر ریبوفلاوین ( ویتامین B2 ) شده و بدن را دچار کمبود می نماید.
مقایسه واکنش های شیمیایی جوش شیرین با کربنات کلسیم
واکنش تجزیه جوش شیرین در اثر حرارت : این واکنش در دمای بیش از 50 تا 80 درجه سانتی گراد صورت می گیرد
2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
واکنش تجزیه کربنات کلسیم در اثر حرارت : این واکنش در دمای بیش از 900 تا 1400 درجه سانتی گراد انجام می شود
CaCO3 → CaO + CO2
واکنش جوش شیرین و اسید هیدروکلریک
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2O + CO2
واکنش کربنات کلسیم و اسید کلریدریک
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
واکنش جوش شیرین و سرکه ( اسید استیک )
NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2
واکنش کربنات کلسیم و اسید استیک
CaCO3 + 2CH3COOH → Ca(CH3COO)2 + H2O + CO2
واکنش جوش شیرین و سود سوز آور (قلیای قوی)
NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O
واکنش کلسیم کربنات با سود سوز آور
CaCO3 + NaOH → Ca(OH)2 + Na2CO3
واکنش انحلال جوش شیرین در آب : طی این فرایند ، محلولی به شدت قلیایی و دارای یون منفی هیدروکسید به وجود می آید.
–HCO−3 + H2O → H2CO3 + OH
در صورت ترکیب کربنات کلسیم با آب ، این ماده سریعا ته نشین شده و هیچ گونه انحلالی انجام نخواهد شد.