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炭酸水素ナトリウム（IUPAC名：炭酸水素ナトリウム[ 9 ]）は、一般的にベーキングソーダまたは重炭酸ナトリウム（特に英国では単に「bicarb 」とも呼ばれる）またはサレラタスとして知られ、化学式NaHCO3で表される化合物です。ナトリウム陽イオン（Na +）と重炭酸陰イオン（HCO - 3 ）からなる塩です。炭酸水素ナトリウムは結晶性の白色固体ですが、しばしば微粉末として現れます。炭酸ナトリウム（ 「洗濯ソーダ」）に似た、わずかに塩辛くアルカリ性の味がします。天然の鉱物形態はナコライトですが、鉱物トロナの成分としてより一般的に見られます。[ 10 ]
古くから知られ、広く使われている塩には、ベーキングソーダ、パンソーダ、クッキングソーダ、醸造用ソーダ、重炭酸ナトリウムなど、さまざまな名前があり、店頭ではベーキングパウダーの近くによく見られます。ベーキングソーダという用語は米国でより一般的ですが、重炭酸ナトリウムはオーストラリア、英国、ニュージーランドでより一般的です。[ 11 ]ナトリウム重炭酸、重炭酸ソーダ、重炭酸、重炭酸塩などの略語もよく使われます。[ 12 ]
「重炭酸塩」の接頭辞「 bi-」は、分子生物学の知識が生まれる以前の古い命名システムに由来します。これは、炭酸水素ナトリウム（NaHCO 3 ）には、炭酸ナトリウム（Na 2 CO 3 ）に比べて、ナトリウム1個あたり2倍の炭酸イオン（ CO 2− 3 ）が含まれているという観察に基づいています。[ 13 ]これらの化合物の現代の化学式は、炭酸カリウムの重炭酸塩という名前が作られた当時は知られていなかった、正確な化学組成を表しています（参照：重炭酸塩）。
料理において、重曹は主に膨張剤として焼き菓子に使用されます。重曹が酸と反応したり加熱されたりすると、二酸化炭素が発生し、生地が膨張して、ケーキ、クイックブレッド、ソーダブレッド、その他の焼き菓子や揚げ物の特徴的な食感と粒が形成されます。酸が使用される場合、酸塩基反応は一般的に次のように表すことができます。[ 14 ]
この反応を引き起こす酸性物質には、リン酸水素塩、酒石酸カリウム、クエン酸、乳酸、酢などがある。
また、熱によって炭酸水素ナトリウムがベーキングの膨張剤として作用することもあります。これは、80 °C (180 °F)以上の温度で熱分解を起こし、二酸化炭素を放出するためです。以下はその例です。[ 15 ]
このように単独で使用した場合、酸性成分（生地に含まれる酸性成分、または酸を含むベーキングパウダーの使用）が存在しない状態では、利用可能なCO₂の半分しか放出されません（ NaHCO₃ 2当量につきCO₂分子が1つ生成されます）。さらに、酸が存在しない場合、重曹の熱分解によって炭酸ナトリウムも生成されます。炭酸ナトリウムは強いアルカリ性であるため、焼き菓子に苦味や石鹸のような味、そして黄色みがつきます。
ベーキングパウダーは、料理用としても販売されており、約30%の重炭酸塩と、水を加えることで活性化されるさまざまな酸性成分を含んでいます。調理媒体に酸を追加する必要はありません。[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]ベーキングパウダーの多くの種類には、重炭酸ナトリウムとリン酸二水素カルシウム、リン酸アルミニウムナトリウム、または酒石酸カリウムが組み合わされています。[ 19 ]ベーキングソーダはアルカリ性です。ベーキングパウダーに使用される酸は、焼成中の化学変化で炭酸ナトリウムが生成されるときに金属味を防ぎます。[ 20 ]
また、肉を柔らかくする手段として主に中国料理でも使用されています。これは、伝統的な広東料理であるガイラン入り牛肉料理に見られます。[ 21 ]
重曹は、味を良くするために他のボトル入り飲料水の食品添加物と併用されることが多い。[ 22 ]欧州連合の E番号はE500である。[ 23 ]
炭酸水素ナトリウムは、一般的な「黒蛇」花火の主成分の1つです。その効果は、熱分解によって二酸化炭素ガスが発生し、もう1つの主成分であるショ糖の燃焼生成物として長い蛇のような灰が生成されることによって引き起こされます。[ 24 ]炭酸水素ナトリウムは、加熱されると難燃剤である二酸化炭素と水を放出することで燃焼を遅らせます。
重曹は弱い消毒作用を持ち[ 25 ] [ 26 ] 、一部の微生物に対しては効果的な殺菌剤となる可能性がある[ 27 ] 。
炭酸水素ナトリウムは、加熱すると二酸化炭素が発生するため、火の上に投げかけることで、小さな油火災や電気火災を消火するのに使用できます。[ 28 ]ただし、フライヤーの火災には使用しないでください。ガスが急激に発生すると、油が飛び散る可能性があります。[ 28 ]炭酸水素ナトリウムは、ABC消火器の腐食性の高いリン酸一アンモニウムの代替として、 BC粉末消火器で使用されています。炭酸水素ナトリウムのアルカリ性により、パープルK以外で、業務用厨房に設置された大規模な消火システムに使用された唯一の粉末消火剤となっています。 [ 29 ]
重曹には、同時に作用する複数の消火メカニズムがあります。加熱すると水と二酸化炭素に分解し、吸熱反応によって火から熱を奪います。さらに、火災の伝播の原因となるフリーラジカルを捕捉できる中間体を生成します。[ 30 ]特に油火災の場合、軽度の鹸化作用もあり、火を覆い隠すのに役立つ石鹸状の泡を生成します。[ 29 ]
炭酸水素ナトリウムは酸と自発的に反応し、反応生成物としてCO2ガスを放出します。化学実験室では、不要な酸溶液や酸の流出を中和するためによく使用されます。[ 31 ]炭酸水素ナトリウムは両性物質であり、酸と塩基の両方と反応しますが、塩基を中和するために使用するのは適切ではありません。[ 32 ] [ 33 ]
重曹は、筋持久力を向上させるためのスポーツサプリメントとして摂取されます。[ 34 ]主に男性を対象に行われた研究では、重曹は短時間で高強度の活動のパフォーマンスを高めるのに最も効果的であることが示されています。[ 35 ]
炭酸水素ナトリウムは、葉に散布すると真菌の増殖を防ぐことができますが、真菌を殺すことはできません。炭酸水素ナトリウムを過剰に散布すると、果実の変色（2%溶液）や葉緑素欠乏症（1%溶液）を引き起こす可能性があります。[ 36 ]また、炭酸水素ナトリウムは、羊の鼓脹症予防のために、自由に摂取できる飼料添加物として一般的に使用されています。
炭酸水素ナトリウムを水に溶かしたものは、制酸剤として胃酸過多や胸やけの治療に使用できます。[ 37 ] [ 38 ]胃酸との反応により、塩、水、二酸化炭素が生成されます。
炭酸水素ナトリウムとポリエチレングリコールを水に溶かして経口摂取する混合液は、胃腸外科手術や胃内視鏡検査などの前に、効果的な胃腸洗浄剤および下剤として用いられる。
水溶液中の重炭酸ナトリウムの静脈内投与は、アシドーシスの場合、または血液中のナトリウムイオンまたは重炭酸イオンが不足している場合に使用されることがあります。[ 39 ]呼吸性アシドーシスの場合、注入された重炭酸イオンは血漿の炭酸/重炭酸緩衝系を左に移動させ、それによってpHを上昇させます。このため、重炭酸ナトリウムは医療監督下での心肺蘇生に使用されます。重炭酸の注入は、血液pHが著しく低い場合（ 7.1～7.0未満）にのみ適応されます。[ 40 ]
HCO 3 − は、酸性状態のときにK + を細胞内に押し戻すため、高カリウム血症の治療に使用されます。 [ 41 ]重炭酸ナトリウムはアルカローシスを引き起こす可能性があるため、アスピリンの過剰摂取の治療に使用されることがあります。アスピリンは適切に吸収されるために酸性環境を必要とし、過剰摂取の場合、塩基性環境ではアスピリンの吸収が低下します。[ 42 ]重炭酸ナトリウムは、三環系抗うつ薬の過剰摂取の治療にも使用されています。[ 43 ]また、重曹 3 部と水 1 部を混ぜたペーストとして局所的に塗布すると、一部の種類の虫刺されや虫に刺されたことによる痛み（およびそれに伴う腫れ）を和らげることができます。[ 44 ]
トゥリオ・シモンチーニなどの一部の代替医療従事者は、重曹を癌の治療法として宣伝しているが、アメリカ癌協会は、その有効性が証明されていないことと使用に伴う潜在的な危険性の両方から、これに対して警告を発している。[ 45 ]エドザード・エルンストは、重曹を癌の治療法として宣伝することを「私が長い間見てきた中で最も吐き気を催すような代替癌詐欺の1つ」と呼んでいる。[ 46 ]
炭酸水素ナトリウムは局所麻酔薬に添加することで、その効果の発現を早め、注射時の痛みを軽減することができる。[ 47 ]また、鼻の手術で使用されるモフェット溶液の成分でもある。[ 48 ]
酸性の食事は骨を弱めるという説が提唱されている。[ 49 ]研究の系統的メタ分析では、そのような効果は認められていない。[ 50 ]また、アルカリ性の食事が骨の健康を改善するという証拠はないが、他の理由でアルカリ性の食事には「何らかの価値があるかもしれない」と示唆している。[ 51 ]
制酸剤（重曹など）溶液は、抗議活動中に催涙ガスにさらされた影響を軽減するために、抗議者によって調製され使用されてきた。[ 52 ]
製菓における使用と同様に、炭酸水素ナトリウムは酒石酸などの弱酸とともに発泡錠の賦形剤として使用されます。このような錠剤を水に落とすと、炭酸塩は二酸化炭素ガスとして反応媒体から放出されます（HCO 3 − + H + → H 2 O + CO 2 ↑、より正確には、HCO 3 − + H 3 O + → 2 H 2 O + CO 2 ↑）。これにより錠剤が崩壊し、薬剤は生成した塩（この例では酒石酸ナトリウム）とともに水中に懸濁または溶解します。[ 53 ]
重曹は、一部のマウスウォッシュの成分としても使用されています。虫歯予防効果と研磨作用があります。[ 54 ]歯と歯茎の機械的洗浄剤として働き、口内の酸の生成を中和し、感染を防ぐための消毒剤としても作用します。 [ 55 ] [ 56 ]重曹は他の成分と組み合わせて、ドライまたはウェットタイプのデオドラントを作るのに使用できます。[ 57 ] [ 58 ]重曹は、鼻洗浄液を作る際に、食塩と組み合わせて緩衝剤として使用されることがあります。[ 59 ]
眼衛生では、眼瞼炎の治療に使用されます。これは、沸騰したばかりの冷水に小さじ1杯の重曹を加え、その溶液に浸した綿棒でまつ毛の根元を優しくこすることで行われます。[ 60 ] [ 61 ]
炭酸水素ナトリウムは、ソーダブラストと呼ばれる塗料や腐食を除去するプロセスで使用されます。ブラスト媒体として、炭酸水素ナトリウムは、シリカ砂研磨材によって損傷を受ける可能性のあるアルミニウム、銅、木材などの柔らかく弾力性の低い基材から表面汚染を除去するために使用されます。[ 63 ]
メーカーは、少量の水を加えた重曹ペーストを、穏やかな研磨剤として推奨している。[ 28 ]このようなペーストは、表面の錆を除去するのに役立つ。なぜなら、錆は濃縮アルカリ溶液中で水溶性の化合物を形成するからである。[ 64 ]熱湯溶液は鋼を腐食させる可能性があるため、冷水を使用する必要がある。[ 65 ]炭酸水素ナトリウムはアルミニウムに形成される薄い保護酸化層を攻撃するため、この金属の洗浄には適さない。[ 66 ]
温水に重曹を溶かした溶液は、銀がアルミホイルに触れているときに銀の変色を取り除くことができる。[ 66 ] [ 67 ]
1940年代初頭の原子爆弾開発のためのマンハッタン計画では、ウランの化学的毒性が問題となった。ウラン酸化物は綿布に非常によく付着し、石鹸や洗濯洗剤では洗い流せなかった。しかし、ウランは2%の重曹溶液で洗い流すことができた。[ 68 ]
重曹は効果的な消臭剤であるとよく言われており[ 69 ]、臭いを吸収するために開封した箱を冷蔵庫に入れておくことが推奨されている[ 70 ] 。この考えは、1972年に始まった広告キャンペーンで、米国の主要重曹ブランドであるArm & Hammerによって宣伝された[ 71 ] 。このキャンペーンはマーケティングの古典と考えられており、1年以内にアメリカの冷蔵庫の半分以上が重曹の箱を保管するようになったが[ 72 ] [ 73 ]、この用途で効果があるという証拠はほとんどない[ 74 ] [ 75 ] 。しかし、重曹は本のカビ臭を吸収するのに効果的かもしれない[ 76 ] 。
「重曹と酢の火山」として知られる教育的な科学実験では、酢と酸の酸塩基反応を利用して火山の噴火を模倣します。二酸化炭素が急速に発生すると、液体が泡立ち、容器から溢れ出します。食器用洗剤や食用色素などの他の材料を加えることで、視覚効果を高めることができます。[ 77 ]この反応をガスが逃げる方法のない密閉容器（ボトルなど）内で行うと、圧力が十分に高ければ爆発を引き起こす可能性があります。
炭酸水素ナトリウムは両性化合物です。[ 33 ]水溶液は炭酸と水酸化物イオンの生成により弱アルカリ性です。[ 33 ]
炭酸水素ナトリウムは、穏やかな中和剤として、また水酸化ナトリウムのような強塩基のより安全な代替品として使用されることがあります。[ 78 ]炭酸水素ナトリウムと酸の反応により、塩と炭酸が生成され、炭酸は二酸化炭素と水に容易に分解します。[ 78 ]
重曹は酢酸（酢に含まれる）と反応し、酢酸ナトリウム、水、二酸化炭素を生成する。
重炭酸ナトリウムは、水酸化ナトリウムなどの塩基と反応して炭酸塩を生成する。
80～100 ℃（176～212 °F）の温度では、重炭酸ナトリウムは徐々に炭酸ナトリウム、水、二酸化炭素に分解します。200 ℃（392 ° F）では変換がより速くなります：[ 79 ]
ほとんどの重炭酸塩はこの脱水反応を起こします。さらに加熱すると、炭酸塩は酸化物に変化します（ 850 °C/1,560 °F以上）：[ 79 ]
二酸化炭素と水の生成は、NaHCO 3の消火特性を部分的に説明するが、[ 29 ]熱吸収やラジカル捕捉などの他の要因の方がより重要である。[ 30 ]
自然界では、重炭酸ナトリウムはほぼ例外なくナコライトまたはトロナとして存在します。ナコライトは水に溶けやすく、2つの鉱物間の化学平衡はトロナに有利であるため、トロナの方が一般的です。 [ 10 ]ナコライトの重要な鉱床は、米国、ボツワナとケニア、ウガンダ、トルコ、メキシコにあります。[ 80 ]最大のトロナ鉱床は、ワイオミング州のグリーンリバー盆地にあります。[ 81 ]
ナコライトは、オイルシェールの成分として見つかることがある。[ 82 ]
冷暗所（室温）で乾燥した状態（湿気を遮断するために密閉容器の使用が推奨される）に保管すれば、重曹は少なくとも2～3年間は大きな分解を起こさずに保存できる。[ 83 ] [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ]
ナトロンという言葉は、現代に至るまで多くの言語で使われており（ anatron、natrum、natronの形で）、スペイン語、フランス語、英語のnatronや「sodium」と同様に、アラビア語のnaṭrūn（またはanatrūn、下エジプトの「Natrontal」Wadi El Natrunを参照。ミイラの脱水に炭酸ナトリウムと炭酸水素ナトリウムの混合物が使われていた[ 87 ]）からギリシャ語のnítron (νίτρον)（ヘロドトス、アッティカ語のlítron (λίτρον) ）を経て、古代エジプト語のntrに由来する。ギリシャ語のnítron（ソーダ、硝石）は、ラテン語の(sal) nitrumやドイツ語のSalniter （窒素、硝酸塩などの源）にも使われていた。[ 88 ] [ 89 ]ラテン語のsal æratus (「炭酸塩」を意味する)に由来するsaleratus という単語は、19 世紀には炭酸水素ナトリウムと炭酸水素カリウムの両方を指す言葉として広く使われていました。[ 90 ]
1791年、フランスの化学者ニコラ・ルブランは炭酸ナトリウム（ソーダ灰とも呼ばれる）を製造した。薬剤師のヴァレンティン・ローズ・ザ・ヤンガーは、1801年にベルリンで重曹を発見したとされている。1846年、2人のアメリカ人パン職人、ジョン・ドワイトとオースティン・チャーチは、炭酸ナトリウムと二酸化炭素から重曹を製造する米国初の工場を設立した。[ 91 ]
炭酸水素カリウムまたは炭酸水素ナトリウムであるSaleratusは、ラドヤード・キプリングの小説『勇気ある船長たち』の中で、1800年代に商業漁業で獲れたての魚の腐敗を防ぐために広く使用されていたと述べられている。[ 92 ]
1919年、米国上院議員リー・オーバーマンは、重曹がスペイン風邪を治すことができると宣言した。1919年1月26日の討論の最中、彼は議論を中断して治療法の発見を発表した。「この調査を行っている人々のために申し上げたいのですが」と彼は報告した。「ノースカロライナ州の山岳地帯の上級裁判所の判事から、この病気の治療法を発見したと聞きました。」この治療法は、現代科学への批判と、素朴な人々の素朴な知恵への評価を暗示していた。「彼らは、普通の重曹でこの病気を治すと言っています」と彼は続けた。「彼らはそれで治した、あそこでは死者は一人もいない、彼らは普通の重曹を使ってこの病気を治しているのです。」[ 93 ]
炭酸水素ナトリウムは炭酸ナトリウムから工業的に生産される：[ 94 ]
炭酸ナトリウムは、年間約10万トン（2001年時点）の規模で生産されており[ 95 ]、世界全体の生産能力は年間240万トン（2002年時点）である[ 96 ] 。商業用の重曹も同様の方法で生産されている。トロナ鉱石の形で採掘されたソーダ灰を水に溶かし、二酸化炭素で処理する。この溶液から炭酸水素ナトリウムが固体として沈殿する。
ナコライトは、溶解採掘法によっても生産される。これは、加熱した水をナコライト層に通し、溶解したナコライトを冷却結晶化プロセスによって結晶化させる方法である。
ナコライトは頁岩中に見られることがあるため、シェールオイル抽出の副産物として生産することができ、その場合は溶液採掘によって回収される。[ 82 ]
炭酸水素ナトリウム、つまり「重曹」は、マルクス兄弟の映画でグルーチョ・マルクスがよくジョークのネタにしていた。映画『ダック・スープ』では、マルクスは戦争中の国の指導者を演じている。あるシーンで、戦場から将軍が毒ガス攻撃を受けたという報告を受けると、グルーチョは副官に「重曹を小さじ1杯と水をグラス半分飲むように伝えろ」と言う。また、 『オペラ座の夜』では、グルーチョの役がオペラの初日公演の観客に向かって、主役のテノール歌手について「ラスパッリ氏は非常に有名な家柄の出身です。彼の母親は有名なバス歌手でした。彼の父親は、スパゲッティに重曹を詰めた最初の人物で、それによって消化不良を引き起こし、同時に治したのです」と語る。
ジョセフ・L・マンキウィッツ監督の名作『イヴの総て』の中で、マックス・ファビアン（グレゴリー・ラトフ）はマーゴ・チャニング（ベティ・デイヴィス）と長いシーンを演じる。胸焼けに苦しむマックスは重曹を頼み、それを飲むと大きなげっぷが出る。チャニングはマックスの名前が書かれた重曹の箱を常に用意しておくと約束する。