بی کربنات آمونيوم چیست؟

یک ترکیب شیمیایی است که در صنایعی مانند تولید مواد غذایی، پزشکی و کشاورزی كاربرد زيادي دارد. بی کربنات آمونیوم یک ترکیب معدنی با فرمول شيميايي  NH4HCO3 می‌باشد.

این ماده جامدي سفید و کریستالی  بوده که در آب محلول و بویي شبیه آمونیاک دارد. وزن مولکولی آن 79.056 گرم بر مول و چگالی آن 1.586 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. ساختار بی کربنات آمونیوم از پیوند اتم‌های منفرد تشکیل می‌شود. اتم نیتروژن به سه اتم هیدروژن پیوند خورده و یک یون آمونیوم (+NH4) تشکیل می‌دهد. اتم کربن به یک گروه هیدروکسیل (OH) و یک گروه کربونیل (C=O) متصل شده و یک یون بی‌کربنات (-HCO3) ایجاد می‌کند. این دو یون توسط یک پیوند کووالانسی منفرد به هم متصل شده و ساختاري پايدار را تشكيل داده‌اند.

 

بی کربنات آمونیوم در دو گرید اصلی موجود است: گرید غذایی و گرید صنعتي. این گریدها از نظر خلوص و سایر مشخصات متفاوت بوده، اما  دارای ترکیب شیمیایی یکسانی هستند.

حلالیت : بی کربنات آمونیوم بسیار محلول در آب است، با حلالیت 97.8  گرم در 100 میلی‌لیتر در 20 درجه سانتی‌گراد. این حلالیت با بالارفتن دما افزایش می‌یابد. این ویژگی بی کربنات آمونیوم در صنایع و واکنش‌هایی که سرعت انحلال بالا مورد نیاز است، بسیار مفید است. بیکربنات آمونیوم در حلال‌های آلی مانند الکل و اتر نامحلول است.

تراکم : چگالی بی کربنات آمونیوم بسته به شکل آن متفاوت است. فرم کریستالی دارای چگالی 1.586 گرم بر سانتی‌متر مکعب بوده، در حالی که شکل پودری دارای چگالی کمی بالاتر از 1.73 گرم بر سانتی‌متر مکعب است. بنابراین فرم پودری فشرده تر بوده و  حمل و نقل آسان‌تری دارد.

نقطه ذوب و جوش : بی کربنات آمونیوم در دمای بالای 36.6 درجه سانتی‌گراد شروع به تجزیه کرده و آمونیاک، دی اکسید کربن و آب آزاد می‌کند. نقطه ذوب وجوش مشخصی ندارد زیرا قبل از رسیدن به نقطه ذوب تجزیه تجزیه می‌شود.‏

PH: بی کربنات آمونیوم یک باز ضعیف است، با pH حدود 8.3 در محلول 0.1 M. در محلول‌های آبی به یون‌های آمونیوم (+NH4) و یون‌های بی کربنات (-HCO3) تجزیه می‌شود. از واکنش یون‌های آمونیوم با آب، هیدروکسید آمونیوم تشکیل می‌شود که به آن ماهیت قلیایی می‌دهد. در حالی که یون‌های بی‌کربنات به ظرفیت بافری آن کمک می‌کنند.

Hygroscopicity: بی کربنات آمونیوم بسیار جاذب رطوبت می‌باشد. این ویژگی آن را برای کاربردهای خاص، مانند فرمولاسیون پودر خشک، نامناسب می‌کند.

بی کربنات آمونیوم یک ترکیب پایدار در شرایط محیطی است، اما با حرارت دادن به آسانی به آمونیاک، دی اکسید کربن و آب تجزیه می‌شود. همچنین با اسیدهای قوی و عوامل اکسید کننده که می‌توانند باعث تجزیه آن شوند ناسازگار است. علاوه بر این، می‌تواند با فلزاتی مانند روی و آلومینیوم برای تولید گاز هیدروژن واکنش نشان دهد.

تهیه بی کربنات آمونیوم:

فرآیند Solvay 

این فرآیند پرکاربردترین روش برای تولید بی کربنات آمونیوم در مقیاس صنعتی است. آمونیاک و دی اکسید کربن با هم در حضور آب واکنش داده و بی کربنات آمونیوم همراه با کربنات آمونیوم و کاربامات آمونیوم تولید می‌کنند. این واکنش در ظرف بزرگی به نام آمونیاتور (ammoniator)انجام می‌شود که در آن گاز آمونیاک از محلول دی اکسید کربن و آب عبور می‌کند.

محلول حاصل حرارت داده می‌شود تا آمونیاک و دی اکسید کربن اضافی حذف و محلول غلیظی از بی کربنات آمونیوم باقی بماند. سپس این محلول را خشک کرده تا محصول جامد بدست آید.

CO2 + NH3 + H2O -> (NH4)HCO3

فرآیند به دلیل سادگی و همچنین توانایی آن در تولید مقادیر زیاد بی کربنات آمونیوم با کیفیت بالا و هزینه کم مورد توجه است. همچنین یک فرآیند سازگار با محیط زیست است.

کربناته شدن آمونیاک

در این فرآیند گاز آمونیاک را از محلول دی اکسید کربن موجود در آب عبور داده، که منجر به تشکیل کاربامات آمونیوم می‌شود. سپس این ترکیب گرم می‌شود تا گاز آمونیاک آزاد و بی کربنات آمونیوم جامد باقی بماند. کربناته کردن آمونیاک در مقایسه با فرآیند Solvay روش ساده‌تر و مستقیم‌تری است، اما نیاز به کنترل دقیق دما و فشار برای اطمینان از بدست آوردن محصول مورد نظر دارد. معمولاً برای تولید در مقیاس‌های کوچک و آزمایشگاهی کاربرد دارد.

فرآیند هابر-بوش Haber-Bosch 

یک روش شناخته شده برای تولید آمونیاک بوده اما می‌توان از آن برای تولید بی کربنات آمونیوم نیز استفاده کرد. در این فرآیند، گازهای نیتروژن و هیدروژن در حضور یک کاتالیزور در شرایط فشار و دمای بالا با هم واکنش داده و آمونیاک تشکیل می‌شود. سپس گاز آمونیاک با دی اکسید کربن واکنش داده و بی کربنات آمونیوم تولید می‌کند. این فرآیند می‌تواند مقادیر زیادی بی کربنات آمونیوم تولید کند، اما در مقایسه با روش‌های دیگر پیچیده‌تر و پرهزینه‌تر است.

تجزیه کربنات آمونیوم بی کربنات آمونیوم

در این روش کربنات آمونیوم جامد در مجاورت رطوبت، گرم شده و  بی‌کربنات آمونیوم و آب تشکیل می‌شود. این فرآیند اغلب برای تولید در مقیاس کوچک استفاده می‌شود، اما می‌تواند منجر به تولید محصولی با کیفیت پایین‌تر شود.

کاربردهای بی کربنات آمونیوم

1- صنایع غذایی

خمیرمایه:

بی کربنات آمونیوم معمولاً به عنوان یک عامل تخمیر کننده در محصولاتي مانند نان‌ها و کلوچه‌ها  استفاده می‌شود. با حرارت دادن، گاز آمونیاک آزاد مي‌كند که باعث ور آمدن خمیر می‌شود. این ماده برخلاف سایر مواد خمیر کننده مانند بیکینگ پودر و جوش شیرین طعم تلخی در محصول نهایی باقی نمی‌گذارد. همچنین کار با خمیر را آسان و ایجاد طعم و عطر مطبوع در خمیر و نان می‌کند.

تنظیم کننده pH در صنایع غذایی:

حفظ pH محصولات غذایی برای اطمینان از ایمنی و افزایش طعم بسیار مهم است. بی کربنات آمونیوم یک تنظیم کننده pH بسیار موثر بوده در غذاهای اسیدی و كنسروها به‌عنوان نگهدارنده استفاده می‌شود و با جلوگیری از رشد باکتری‌های مضر، طول عمر مفید این محصولات را افزایش می‌دهد.

همچنين در تولید شکلات و محصولات مبتنی بر کاکائو، بی‌کربنات آمونیوم به تثبیت PH و جلوگیری از اسیدی شدن بیش از حد کاکائو کمک مي‌كند که می‌تواند بر طعم و رنگ محصول نهایی تأثیر بگذارد.

استفاده از بی کربنات آمونیوم در مواد غذایی مورد تایید FDA است و به طور کلی برای مصرف بی خطر شناخته می‌شود.

2- كشاورزي

یکی دیگر از کاربردهای عمده بی کربنات آمونیوم در تولید نمک‌های آمونیوم است. از این نمک‌ها به عنوان کود در کشاورزی استفاده می‌شود. بی کربنات آمونیوم منبع عالی نیتروژن است که یک ماده مغذی ضروری برای رشد گیاه است. همچنین دارای شاخص نمک کمتری نسبت به سایر نمک‌های آمونیومی است که باعث می‌شود آسیب کمتری به ریشه گیاهان وارد کند. این امر آن را به یک انتخاب ارجح برای کشاورزی پایدار و ارگانیک تبدیل می‌کند.

3- آتش نشانی

‎یکی از کاربردهای اصلی بی کربنات آمونیوم دراطفای حریق، به‌عنوان یک عامل خاموش کننده است. این ماده هنگامی که در معرض شعله قرار می‌گیرد،  تجزیه شده و دی اکسید کربن آزاد می‌کند که جایگزین اکسیژن شده و به خاموش شدن آتش کمک می‌کند.

بیکربنات آمونیوم گزینه مناسبی برای اطفای حریق‌های نه چندان وسیع می‌باشد. علاوه بر این، بی کربنات آمونیوم هیچ گونه باقیمانده یا آسیبی از خود بر جای نمی‌گذارد.

آمونیوم بیکربنات یک عامل بازدارنده است. یعنی هنگامی که روی مواد قابل اشتعال مانند چوب، کاغذ یا پارچه ریخته می‌شود،  روند احتراق را کند کرده و از گسترش آتش جلوگیری می‌کند. این ویژگی در مناطقی که خطر آتش‌سوزی وجود دارد، مانند انبارها یا محیط‌های صنعتی  بسیار مفید می‌باشد.

بی کربنات آمونیوم در سیستم‌های اطفاء حریق، اغلب به شکل یک کپسول آتش‌نشانی با عامل شیمیایی خشک استفاده می‌شود. این سیستم‌ها وقتی فعال می‌شوند پودر ریز بی کربنات آمونیوم را  آزاد کرده که می‌تواند به سرعت و به طور موثر آتش را خاموش کند.

4- داروسازي

بی کربنات آمونیوم به عنوان یک ماده فعال درآنتی اسیدها استفاده می‌شود که با خنثی کردن اسید اضافی معده به تسکین ناراحتی‌های دستگاه گوارش کمک می‌کند. بی کربنات آمونیوم نسبت به سایر آنتی اسیدها در کاهش اسیدیته معده موثرتر بوده و زمان واکنش سریعتری دارد.

نقش مهم دیگر بی کربنات آمونیوم در صنعت داروسازی استفاده از آن به عنوان یک عامل بافر در برخی داروها است. می‌تواند سطح pH داروها را تنظیم کرده و کارایی و ایمنی آنها برای مصرف اطمینان حاصل کند.

بی کربنات آمونیوم در داروهای تنفسی استفاده می‌شود. داروهای استنشاقی حاوی بی کربنات آمونیوم، تنفس را برای افراد مبتلا به آسم آسان‌تر می‌کند. دی اکسید کربن آزاد شده توسط بی کربنات آمونیوم به عنوان یک  باز کننده برونش عمل کرده و جریان هوا در ریه‌ها را بهبود می‌بخشد.

در برخی موارد از بی کربنات آمونیوم در تولید آنتی بیوتیک‌ها استفاده می‌شود. این یک عنصر ضروری در فرآیند تخمیر است که برای تولید آنتی بیوتیک‌های خاص مانند پنی سیلین و استرپتومایسین استفاده می‌شود. در طی تخمیر، از بی کربنات آمونیوم برای تنظیم و حفظ سطح pH استفاده شده که شرایط مناسب برای رشد باکتری‌ها و تولید آنتی بیوتیک مورد نظر را تامین می‌کند.

علاوه بر استفاده مستقیم، بی کربنات آمونیوم در فرمولاسیون داروها نیز نقش دارد. این ماده به عنوان یک ماده کمکی همه کاره استفاده می‌شود، ماده‌ای که به داروها اضافه می‌شود تا اثربخشی و پایداری آنها را افزایش دهد. می‌تواند به عنوان یک تجزیه کننده عمل کرده و به تجزیه و حل سریع  قرص‌ها  در معده کمک کند. همچنین به عنوان یک عامل حجیم کننده، در پر کردن و فشرده سازی مناسب قرص‌ها کمک می‌کند.

در صنایع آرایشی و بهداشتی، از بی کربنات آمونیوم در تولید رنگ مو استفاده شده و به عنوان تنظیم کننده pH در محصولات مراقبت از پوست نيز كاربرد دارد.

5- صنعت نساجی 

بي كربنات آمونيوم  به عنوان یک عامل سفید کننده برای الیاف پنبه و پشم استفاده می‌شود. همچنین به شفافيت و بهبود رنگ‌ها کمک مي‌كند.

6- پاك كننده قوی

بي كربنات آمونيوم  بدلیل ماهیت قلیایی آن، به شکستن و از بین بردن لکه‌های سخت کمک می‌کند. خواص قلیایی قوی آن به از بین بردن چربی و کثیفی کمک می‌کند و آن را به یک پاک‌کننده‌ی کارآمد و سریع برای سطوح تبديل می‌کند. علاوه براين، دارای خواص ضد میکروبی و ضد ويروسي نيز می‌باشد.

نکات ايمنی

یکی از نگرانی‌های اصلی در كار با بی کربنات آمونیوم پتانسیل انتشار گاز آمونیاک است. گاز آمونیاک به شدت برای سیستم تنفسی تحریک‌کننده است و می‌تواند باعث سرفه، مشکل در تنفس و در موارد شدید آسیب به ریه شود. بنابراین، در هنگام كار با بی کربنات آمونیوم بايد از تهویه مناسب استفاده شود.

بی کربنات آمونیوم ميتواند تحریک کننده پوست نيز باشد. تماس مستقیم با پودر یا محلول غلیظ  آن می‌تواند باعث قرمزی، سوزش و حتی سوختگی شیمیایی شود. استفاده از تجهیزات حفاظتی مناسب مانند دستکش و عینک ایمنی هنگام کار با این ترکیب برای کاهش خطر تماس مهم است.

خطر ديگر، احتمال آتش سوزی یا انفجار است. این ترکیب یک عامل اکسید کننده اولیه است، بنابراين نگهداری بی کربنات آمونیوم بايد در محلي به دور از هرگونه منابع احتمالی اشتعال مانند شعله‌های باز یا جرقه، بسیار مهم است. آن را در جای خشک و خنک و دور از سایر مواد شیمیایی نگهداری کنید. با رعايت اقدامات احتیاطی می‌توان خطرات را به حداقل رساند و از اين تركيب پركاربرد در صنايع مختلف بهره برد.

قیمت و خرید بی کربنات آمونيوم

برای سفارش بی کربنات آمونيوم با مناسب‌ترین قیمت، با شماره‌های زیر تماس بگیرید: