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無機化学では、重炭酸塩（アメリカ英語: /baɪˈkɑːr.bə.neɪt/ ）ⓘ ;IUPAC推奨命名法:水素イオン[ 2 ] ) は炭酸の脱プロトン化の中間形態です化学式HCO − 3の多原子陰イオンです。
重炭酸塩は生理的なpH緩衝系において重要な生化学的役割を果たしている。[ 3 ]
「重炭酸塩」という用語は、1814年にイギリスの化学者ウィリアム・ハイド・ウォラストンによって造語されました。[ 4 ] [ 5 ]この名前は、現在も通称として残っています。
重炭酸イオン（炭酸水素イオン）は、実験式HCO − 3で分子量 61.01ダルトンの陰イオンです。中心の炭素原子1 個が三角平面構造で 3 個の酸素原子に囲まれ、そのうちの 1 個の酸素原子に水素原子が結合しています。硝酸( HNO 3 )と等電子です。重炭酸イオンは形式電荷が1 の負電荷を持ち、酸性と塩基性の両方の性質を持つ両性イオンです。以下の平衡反応に示すように、炭酸( H 2 CO 3 )の共役塩基であり、炭酸イオンCO 2− 3の共役酸でもあります。
炭酸水素塩は、正に帯電したイオンが負に帯電した酸素原子に結合してイオン化合物を形成するときに生成されます。多くの炭酸水素塩は標準温度と圧力で水に溶けます。特に、炭酸水素ナトリウムは、水質を評価するための一般的な指標である全溶解固形物に寄与します。[ 6 ]
重炭酸塩は、人体のpH緩衝システム[ 3 ] （酸塩基恒常性の維持）の重要な構成要素です。体内のCO2の70%～75%は炭酸（H2CO3 ）に変換されます。炭酸はHCO3の共役酸であり、すぐにHCO3に変化することができます。[ 7 ]
炭酸を中核中間体として、重炭酸塩は水、水素イオン、二酸化炭素とともに緩衝系を形成し、酸性および塩基性の両方向へのpH変化に迅速に対応するために必要な揮発性平衡[ 3 ]を維持します。これは、中枢神経系の組織を保護する上で特に重要です。中枢神経系では、pHが正常範囲から大きく外れると、どちらの方向にも致命的な結果を招く可能性があります（アシドーシスまたはアルカローシスを参照）。最近では、細胞内の重炭酸塩代謝がmTORC1シグナル伝達によって調節されることも実証されています。[ 8 ]
さらに、重炭酸塩は消化器系において重要な役割を果たします。胃の酸性度の高い消化液が食物の消化を終えた後、胃の内部のpHを上昇させます。また、重炭酸塩は小腸のpH調節にも作用します。胃から十二指腸に流入する酸性の消化物を中和するために、ホルモンであるセクレチンに反応して膵臓から放出されます。 [ 9 ]
重炭酸塩は海水[ 10 ]およびほとんどの淡水中の溶存無機炭素の主要な形態である。そのため、炭素循環における重要なシンクである。
シャジクモなどの一部の植物は炭酸塩を利用し、生物学的代謝の結果として炭酸カルシウム（CaCO 3 ）を生成します。 [ 11 ]
淡水生態系において、日中の淡水植物による活発な光合成活動は、水中に酸素ガスを放出すると同時に、重炭酸イオンを生成します。これによりpHが上昇し、状況によってはアルカリ度が高まり、一部の生物にとって毒性を示す場合や、アンモニアなどの他の化学物質が毒性を示すようになる場合があります。一方、光合成が行われない暗闇では、呼吸によって二酸化炭素が放出されますが、新たな重炭酸イオンは生成されないため、pHは急速に低下します。
雨水中の炭酸によって風化した岩石から重炭酸イオンが流れ出すことは、炭素循環の重要な一部である。
重炭酸イオンの最も一般的な塩は重炭酸ナトリウム、NaHCO 3であり、これは一般的にベーキングソーダとして知られています。加熱したり、酢酸（酢）などの酸に触れたりすると、重炭酸ナトリウムは二酸化炭素を放出します。これは、ベーキングの膨張剤として使用されます。[ 12 ]
炭酸水素アンモニウムは、一部のクッキー、クラッカー、ビスケットの製造に使用されます。[ 13 ]
診断医学において、重炭酸塩の血中値は、体内の酸塩基平衡状態を示すいくつかの指標の1つです。重炭酸塩は、塩化物、カリウム、ナトリウムとともに測定され、電解質パネル検査（Current Procedural Terminology、CPT、コード80051）で電解質レベルを評価します。 [ 14 ]
標準重炭酸濃度（SBC e ）というパラメータは、 P a CO 2が40 mmHg（5.33 kPa）、酸素飽和度が最大、温度が 36 °Cのときの血液中の重炭酸濃度です。[ 15 ]
水質を示す最も一般的な指標は、総溶解固形物（TDS）の濃度です。