炭酸塩

炭酸塩(たんさんえん、: carbonate)は、炭酸イオンcarbonate、CO32−)を含む化合物の総称である。英語の carbonate は炭酸塩と炭酸イオンの他、炭酸エステル、炭酸塩化、炭化、飲料などに炭酸を加える操作のことも指す。無機炭素化合物の一種で、炭酸塩の中には、生物にとって重要な物質である炭酸カルシウムや、産業にとって重要な炭酸ナトリウムなどがある。炭酸塩はアルカリ金属以外はに溶けないものが多い。一般に加熱により二酸化炭素を発生して金属酸化物を生じる。

Carbonate-3D-balls
炭酸イオンの球棒モデル

用途

炭酸イオンを含むに希釈した鉱酸(例:塩酸)を加えると気体の二酸化炭素が発生するため、炭酸イオンの検出に使われている。

炭酸イオンを含む塩は、産業や鉱物学的に重要な化合物群である。最も有名なのは石灰岩の主成分である方解石(カルサイト)である。加熱することによって炭酸塩から二酸化炭素を除去する過程を焼成と呼ぶ。

炭酸イオン

炭酸イオン(たんさんいおん、: carbonate)は、イオン式が CO32−分子量が 60.01 g/mol で形式電荷が-2の多原子アニオンである。1個の炭素原子を中心に3個の酸素原子が等価に結合した平面三角形構造をとる(D3h分子対称性)。C−O結合距離は方解石中で 128.3 pm である。炭酸イオンは、炭酸 (H2CO3) の共役塩基である炭酸水素イオン (HCO3-) の共役酸になる。

炭酸イオンの正確な分子構造はルイス構造式で表現することは不可能である。

Carbonate-ion-localised-2D

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これは炭酸イオンが共鳴構造を持つためである。

Carbonate-ion-resonance-2D

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実際には、炭酸イオンの電荷は非局在化によって3個の酸素原子に等しく2/3ずつ分布した構造をしている。

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Carbonate-3D-vdW

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酸 - 塩基化学

炭酸イオン CO32− は中程度に強い塩基である。炭酸イオンは弱酸である炭酸水素イオンの共役塩基であり、炭酸水素イオンは弱酸である炭酸イオンの中程度に強い共役塩基である。

主な炭酸塩

炭酸塩鉱物

鉱物学において、炭酸塩からなる鉱物炭酸塩鉱物(たんさんえんこうぶつ、: carbonate mineral[1])という。熱水からの析出および鉱石風化などにより生成し、以下のようなものがある。

脚注

  1. ^ 文部省編『学術用語集 地学編』日本学術振興会、1984年、153頁。ISBN 4-8181-8401-2。

関連項目

シュツルンツ分類

シュツルンツ分類(シュツルンツぶんるい、独: Systematik der Minerale nach Strunz、英: Nickel–Strunz classification)は、ドイツの鉱物学者カール・フーゴ・シュツルンツが1941年に『Mineralogische Tabellen』(鉱物学表)で著した、化学組成に基づく鉱物の分類法。鉱物の組成、特に陰イオンに基づき、10のclass(族)に分類する。

元素鉱物:自然金、ダイヤモンドなど

硫化鉱物:閃亜鉛鉱、硫砒銅鉱など

ハロゲン化鉱物:蛍石、岩塩など

酸化鉱物、亜砒酸塩鉱物:スピネル、磁鉄鉱など

炭酸塩鉱物、硝酸塩鉱物:方解石、孔雀石など

硼酸塩鉱物:ホウ砂、曹灰硼石など

硫酸塩鉱物、クロム酸塩鉱物、モリブデン酸塩鉱物、タングステン酸塩鉱物:石膏、紅鉛鉱など

燐酸塩鉱物、砒酸塩鉱物、バナジン酸塩鉱物:褐鉛鉱、トルコ石など

珪酸塩鉱物:トルマリン、カオリナイトなど

有機鉱物:蜜蝋石、カルパチア石など

例えば、閃亜鉛鉱の組成式はZnS(硫化亜鉛)であり、2族の硫化鉱物に分類される。10版分類では更に同数硫化金属としてC門に、更に亜鉛・鉄・銅・銀等化合物としてB科になどと細分類され、分類符号は2.CB.05aとなる(2族C門B科05群a系)。

マグマ

マグマ(magma)とは、地球や惑星を構成する固体が溶融したものである。地球のマントルや地殻は主にケイ酸塩鉱物でできているため、その溶融物であるマグマも一般にケイ酸塩主体の組成を持つが、稀に「炭酸塩」鉱物を主体とするマグマも存在する。岩漿(がんしょう)ともいう。英語の magma は、ギリシャ語の μάγμα (糊の意)からきている。

孔雀石

孔雀石(くじゃくいし、malachite、マラカイト)は、緑色の単斜晶系の鉱物で、もっとも一般的な銅の二次鉱物である。

岩石の一覧

岩石の一覧(がんせきのいちらん)では、岩石の種類を列記する。岩石は大きく火成岩、堆積岩、変成岩の3種に分類できる。しかし、その境界は不明瞭で、あくまで人為的なものである。それぞれを細分した場合の境界も同様であり、定義によって岩石名が変わる。

方解石

方解石(ほうかいせき、calcite、カルサイト)は、鉱物(炭酸塩鉱物)の一種。組成は炭酸カルシウム(CaCO3)。

比重2.7。モース硬度3。六方晶系。

有機化合物

有機化合物(ゆうきかごうぶつ、(英: organic compound)は、炭素を含む化合物の大部分をさす。炭素原子が共有結合で結びついた骨格を持ち、分子間力によって集まることで液体や固体となっているため、沸点・融点が低いものが多い。

下記の歴史的背景から、炭素を含む化合物であっても、一酸化炭素、二酸化炭素、炭酸塩、青酸、シアン酸塩、チオシアン酸塩等の単純なものは例外的に無機化合物と分類し、有機化合物には含めない。例外は慣習的に決められたものであり、現代では単なる「便宜上の区分」である。有機物質(ゆうきぶっしつ、英: organic substance)あるいは有機物(ゆうきぶつ、英: organic matter)とも呼ばれる。

炭素

炭素(たんそ、(英: carbon、カーボン)は、原子番号6の元素である。元素記号はC。原子量は12.01。非金属元素、第14族元素、第2周期元素の一つ。

炭酸カリウム

炭酸カリウム(たんさんカリウム、Potassium carbonate)は、組成式K2CO3で表されるカリウムの炭酸塩である。陸上植物の灰に10 - 30%程度含まれる(それに水を加えたものが灰汁と呼ばれる)。炭ボツや真珠灰と呼ばれていた。

炭酸カルシウム

炭酸カルシウム(たんさんカルシウム、calcium carbonate)は、組成式 CaCO3 で表されるカルシウムの炭酸塩である。

貝殻やサンゴの骨格、鶏卵の殻、石灰岩、大理石、鍾乳石、白亜(チョーク)、方解石、霰石の主成分で、貝殻を焼いて作る顔料は胡粉と呼ばれる。土壌ではイタリアのテラロッサに含まれる。

炭酸ナトリウム

炭酸ナトリウム(たんさんナトリウム、sodium carbonate、別名:炭酸ソーダ)は組成式 Na2CO3、式量106のアルカリ金属炭酸塩である。水酸化ナトリウムとその半分の物質量の二酸化炭素を反応させるか、炭酸水素ナトリウムを熱すると得られる。

工業的にはソルベー法で製造されるか、天然に産出するトロナを原料に製造される。世界的には、全生産量のうちおよそ28 %が天然由来となっている。

十水和物 (Na2CO3・10H2O) は風解して一水和物 (Na2CO3・H2O) になる。輸送時、体積および質量を減じるために300℃以上で焼いて無水塩とする。 ソーダ灰というのはこの無水塩のことである。

炭酸水素ナトリウム

炭酸水素ナトリウム(たんさんすいそナトリウム、sodium hydrogen carbonate)、別名重炭酸ナトリウム(じゅうたんさんナトリウム、sodium bicarbonate、重炭酸ソーダ、略して重曹とも)は、化学式 NaHCO3で表される、ナトリウムの炭酸水素塩である。常温で白色の粉末状である。水溶液のpHはアルカリ性を示すものの、フェノールフタレインを加えても変色しない程度の弱い塩基性である。水には少し溶解し、メタノールにも僅かに溶解するものの、エタノールには不溶。具体的には、水 (0 ℃) 100 g につき 6.9 g、水 (20 ℃) 100 g につき 9.6 g、メタノール (25 ℃) 100 g につき 0.8 g 溶解する。

炭酸水素塩

炭酸水素塩(たんさんすいそえん、hydrogencarbonate)または重炭酸塩(じゅうたんさんえん、Bicarbonate)は炭酸水素イオンを含む、水素塩(酸性塩)の一種である。リチウムを除くアルカリ金属塩、カドミウム塩、およびアンモニウム塩などが固体の結晶として単離されているが、アルカリ土類金属その他の炭酸水素塩は、これらの炭酸塩と過剰の二酸化炭素の反応により水溶液中でのみ存在し、固体として分離を試みると分解して炭酸塩および二酸化炭素となる。

アルカリ金属塩も水溶液の加熱および、固体の200℃程度の加熱により分解して炭酸塩となる。

無機化合物

無機化合物(むきかごうぶつ、英語: inorganic compound)は、有機化合物以外の化合物であり、具体的には単純な一部の炭素化合物(下に示す)と、炭素以外の元素で構成される化合物である。“無機”には「生命力を有さない」と言う意味があり、“機”には「生活機能」と言う意味がある。炭素化合物のうち無機化合物に分類されるものには、グラファイトやダイヤモンドなど炭素の同素体、一酸化炭素や二酸化炭素、二硫化炭素など陰性の元素と作る化合物、あるいは炭酸カルシウムなどの金属炭酸塩、青酸と金属青酸塩、金属シアン酸塩、金属チオシアン酸塩、金属炭化物などの塩が挙げられる。

無機化合物の化学的性質は、元素の価電子(最外殻電子)の数に応じて性質が多彩に変化する。特に典型元素は周期表の族番号と周期にそれぞれ特有の性質の関連が知られている。

典型元素

第1族元素の性質 - 1H, 3Li, 11Na, 19K, 37Rb, 55Cs, 87Fr

第2族元素の性質 - 4Be, 12Mg, 20Ca, 38Sr, 56Ba, 88Ra

第13族元素の性質 - 5B, 13Al, 31Ga, 49In, 81Tl

第14族元素の性質 - 6C, 14Si, 32Ge, 50Sn, 82Pb

第15族元素の性質 - 7N, 15P, 33As, 51Sb, 83Bi

第16族元素の性質 - 8O, 16S, 34Se, 52Te, 84Po

第17族元素の性質 - 9F, 17Cl, 35Br, 53I, 85At

第18族元素の性質 - 2He, 10Ne, 18Ar, 36Kr , 54Xe, 86Rn遷移元素の場合は、d電子数の変化に伴い、固有の性質を持つが、単純に周期表の族から簡単に性質を予測することが難しくなり、元素ごとに多彩な性格を発揮することが知られている。

燃料電池

燃料電池(ねんりょうでんち、英: fuel cell)は、電気化学反応によって燃料の化学エネルギーから電力を取り出す(=発電する)電池を指す。燃料には方式によって、水素、炭化水素、アルコールなどを用いる。

石鹸

石鹸(石鹼、せっけん、せきけん)とは一般に汚れ落としの洗浄剤を指し、より化学的には高級脂肪酸の塩の総称である。

工業的に動植物の油脂から製造され、特に純石鹸(じゅんせっけん)と呼ぶ場合は、脂肪酸ナトリウムや脂肪酸カリウムだけで、添加物を含まない石鹸を指すが、多くは炭酸塩や香料などの添加物を含む。

界面活性剤であり、油や油を含む汚れを水に分散させる作用により洗浄能力を持つ。細菌やウィルスに対する殺菌作用(逆性石けんを参照)はなく、細菌やウィルスを洗い落とすことで物理的に除去する(除菌作用)。

水を溶媒として溶かして使用するが、水なしで使えるよう工夫されたドライシャンプーが介護や災害時に使われているほか、宇宙ステーションでも使用されている。

砂岩

砂岩(さがん・しゃがん、英: sandstone)は、主に砂が続成作用により固結してできた岩石。堆積岩でもっとも一般的なものの一つ。

砂岩の構成鉱物は石英と長石が主で、これらに既存の堆積岩や変成岩などに由来する岩片(これは鉱物の集合体である)が加わる。炭酸塩粒子を主体とするものは炭酸塩岩に分類され、砂岩には含めない。

泥岩と互い違いの地層をなしていることも多い岩石である。

貝殻

貝殻(かいがら、Shell)は、貝(軟体動物や腕足動物など)が外套膜の外面に分泌する硬組織で、代表的な生体鉱物のひとつである。

鉱物

鉱物(こうぶつ、mineral、ミネラル)とは、一般的には、地質学的作用により形成される、天然に産する一定の化学組成を有した無機質結晶質物質のことを指す。一部例外があるが(炭化水素であるカルパチア石など)、鉱物として記載されるためには、人工結晶や活動中の生物に含まれるものは厳密に排除される。また鉱物は、固体でなければならない(こちらにも、水銀などの例外もある)。

錆(さび、銹、鏽、英語: rust)とは、金属の表面の不安定な金属原子が環境中の酸素や水分などと酸化還元反応(腐食)をおこし生成される腐食物(酸化物や水酸化物や炭酸塩など)の事である。 鉄の赤錆・黒錆、銅の緑青、スズやアルミニウムの白錆など。

シュツルンツ分類
炭素無機化合物

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