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 炭酸イオン
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| 名前 | |
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| 推奨されるIUPAC名
炭酸塩 | |
| 体系的なIUPAC名
三酸化炭酸塩[1] : 127 | |
| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| ケムスパイダー |
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パブケム CID
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| ユニ |
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| プロパティ | |
| CO2−3 | |
| モル質量 | 60.008 グラムモル−1 |
| 共役酸 | 重炭酸塩 |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
インフォボックス参照
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炭酸塩は炭酸（H 2 CO 3）の塩であり、 [2]式COの多原子イオンである炭酸イオンの存在によって特徴付けられる。2−3「炭酸塩」という言葉は、炭酸エステル、つまり炭酸基 O=C(−O−) 2を含む有機化合物を指すこともあります。
この用語は、炭酸化を表す動詞としても使用されます。炭酸化とは、圧力をかけた二酸化炭素ガスを加えるか、炭酸塩または炭酸水素塩を水に溶かすことによって、水中の炭酸イオンと重炭酸イオンの濃度を上げて 炭酸水やその他の炭酸飲料を生成するプロセスです。
地質学と鉱物学では、「炭酸塩」という用語は炭酸塩鉱物と炭酸塩岩（主に炭酸塩鉱物でできている）の両方を指すことがあり、どちらも炭酸イオン、 COが主成分です。2−3炭酸塩鉱物は化学的に沈殿した堆積岩中に極めて多様かつ遍在する。最も一般的なものは、石灰岩の主成分（および軟体動物の殻とサンゴの骨格の主成分）である方解石または炭酸カルシウム（CaCO 3 ） 、カルシウムマグネシウム炭酸塩（CaMg(CO 3 ) 2）であるドロマイト、および重要な鉄鉱石である菱鉄鉱または炭酸鉄（II）（FeCO 3 ）である。炭酸ナトリウム（「ソーダ」または「ナトロン」）（Na 2 CO 3 ）と炭酸カリウム（「カリ」）（K 2 CO 3）は、古代から洗浄や保存のほか、ガラスの製造に使用されてきた。炭酸塩は、鉄の製錬、ポートランドセメントや石灰製造の原料、陶磁器の釉薬の成分など、産業界で広く使用されている。アルカリ金属炭酸塩の新しい用途としては、熱エネルギー貯蔵、[3] [4]触媒[5]および燃料電池技術における電解質[6]や水性媒体中でのH 2 O 2の電気合成[7]などがある。
構造と結合
炭酸イオンは最も単純なオキソカーボン陰イオンである。1つの炭素原子と3つの酸素原子が三方平面配置で並び、D 3h 分子対称性を持つ。分子量は60.01 g/molで、総形式電荷は-2である。炭酸水素イオン（重炭酸イオン）[8] HCOの共役塩基である。−3、これはH 2 CO 3の共役塩基、炭酸です。
炭酸イオンのルイス構造には、負の酸素原子への 2 つの (長い) 単結合と、中性の酸素原子への 1 つの短い二重結合があります。
この構造は、3 つの結合が同じ長さであり、3 つの酸素原子が等価であることを意味するイオンの観察された対称性とは矛盾しています。等電子 硝酸イオンの場合と同様に、対称性は 3 つの構造間の共鳴によって達成されます。
この共鳴は、分数結合と非局在化電荷を持つモデルによって要約できます。
化学的性質
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金属炭酸塩は一般に加熱により分解し、二酸化炭素を放出して金属酸化物を残します。[2]このプロセスは、石灰窯で石灰岩を焙焼して得られる生石灰または酸化カルシウム（CaO）のラテン語名calxにちなんで焼成と呼ばれます。
- CaCO 3 → CaO + CO 2
Ca 2+に対する親和性からもわかるように、炭酸塩は多くの金属陽イオンの配位子です。遷移金属炭酸塩および重炭酸塩錯体は、さまざまな結合モードで炭酸塩に共有結合した金属イオンを特徴としています。
リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、アンモニウムの炭酸塩は水溶性塩ですが、2+ および 3+ イオンの炭酸塩は水に溶けにくい場合が多くあります。不溶性の金属炭酸塩のうち、CaCO 3はスケールの形でパイプ内に蓄積し、パイプの流れを妨げるため重要です。硬水にはこの物質が多く含まれているため、インフラの軟水化が必要になります。
炭酸塩の酸性化により、一般的に二酸化炭素が放出されます。
- CaCO 3 + 2 HCl → CaCl 2 + CO 2 + H 2 O
したがって、スケールは酸で除去できます。
溶液中の炭酸塩、重炭酸塩、二酸化炭素、炭酸間の平衡は、pH、温度、圧力に敏感です。二価および三価炭酸塩の溶解度は低いですが、重炭酸塩の溶解度ははるかに高くなります。この違いは、モノイオンとジアニオン、およびモノイオンとジカチオンの固体の 格子エネルギーの違いに関係しています。
水溶液では、炭酸塩、重炭酸塩、二酸化炭素、炭酸が動的平衡に関与しています。強塩基性条件では炭酸イオンが優勢で、弱塩基性条件では重炭酸イオンが優勢です。より酸性の条件では、水性二酸化炭素CO 2 (aq)が主な形態で、水H 2 Oとともに炭酸と平衡状態にあります。平衡は二酸化炭素に強く傾いています。したがって、炭酸ナトリウムは塩基性、重炭酸ナトリウムは弱塩基性ですが、二酸化炭素自体は弱酸です。
有機炭酸塩
有機化学では、炭酸塩は、3つの酸素原子に結合し、そのうち1つが二重結合している炭素原子を含む、より大きな分子内の官能基を指すこともあります。これらの化合物は、有機炭酸塩または炭酸エステルとも呼ばれ、一般式はR−O−C(=O)−O−R′、またはRR′CO 3です。重要な有機炭酸塩には、ジメチルカーボネート、環状化合物のエチレンカーボネートとプロピレンカーボネート、ホスゲン代替品のトリホスゲンなどがあります。
バッファ
3つの可逆反応が血液のpHバランスを制御し、 pHを7.37～7.43の範囲で安定させる緩衝剤として作用する： [9] [10]
- H + + HCO−3⇌ H 2 CO 3
- H 2 CO 3 ⇌ CO 2 (水溶液) + H 2 O
- CO 2 (水溶液) ⇌ CO 2 (グラム)
呼気中の二酸化炭素（g）は二酸化炭素（aq）を減少させ、次に二酸化炭素（H 2 CO 3 ）を消費し、最初の反応の平衡を引き起こして、重炭酸塩と水素イオンを反応させて炭酸のレベルを回復しようとします。これはルシャトリエの原理の一例です。その結果、血液はよりアルカリ性になります（pHが上昇します）。同じ原理により、pHが高すぎると、腎臓は重炭酸塩（HCO−3）は尿素回路（またはクレブス・ヘンゼライトオルニチン回路）を介して尿素として尿中に排出される。重炭酸塩を除去することで、細胞呼吸によって生成されたCO 2 (g)から得られる炭酸（H 2 CO 3 ）からより多くのH +が生成される。[11]
重要なのは、同様の緩衝作用が海洋でも働いていることです。海洋生物（特にサンゴ）の多くは炭酸カルシウムでできているため、気候変動と長期的な炭素循環の大きな要因となっています。気温上昇による炭酸塩の溶解度の増加は、海洋方解石の生成を減らし、大気中の二酸化炭素濃度を増加させます。これにより、地球の温度が上昇します。CO2−3利用可能な量は地質学的規模であり、かなりの量が最終的に海に再溶解して大気中に放出され、CO2レベルをさらに上昇させる可能性がある。[ 12]
炭酸塩
- 炭酸塩の概要:
地球外の存在
岩石中の炭酸塩の存在は、液体の水が存在する強力な証拠であると一般的に考えられています。惑星状星雲 NGC 6302の最近の観測では、宇宙に炭酸塩が存在する証拠が示されていますが、[13]地球のような水の変化は起こりそうにありません。観測結果に合致する他の鉱物が提案されています。
火星ではスペクトル画像によって少量の炭酸塩堆積物が発見されており[14]、火星隕石にも少量含まれています。グセフ[15]とメリディアニ平原[16]には地下水が存在していた可能性があります。
参照
参考文献
- ^ 国際純正応用化学連合(2005).無機化学命名法(IUPAC勧告2005). ケンブリッジ (英国): RSC – IUPAC . ISBN 0-85404-438-8 . 電子版.
- ^ ab ヒュー・チザム編 (1911)。。ブリタニカ百科事典(第11版)。ケンブリッジ大学出版局。
- ^ Navarrete, N.; Nithiyanantham, U.; Hernández, L.; Mondragón, R. (2022-03-01). 「熱エネルギー貯蔵のためのK2CO3–Li2CO3溶融炭酸塩混合物とそのナノ流体：文献の概要」.太陽エネルギー材料と太陽電池. 236 : 111525. doi :10.1016/j.solmat.2021.111525. hdl : 10234/196651 . ISSN 0927-0248. S2CID 245455194.
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、炭酸塩に関連するメディアがあります。
- 水中の炭酸塩/重炭酸塩/炭酸平衡: 溶液の pH、緩衝能、滴定、種分布と pH を無料のスプレッドシートで計算
- 「炭酸塩」。Dictionary.com 。 2014年4月5日閲覧。