炭酸水素イオン（HCO3−）：化学、生物学、用途と炭酸イオンとの違い

生物学的・環境的役割

生理学では、炭酸水素イオンは溶存二酸化炭素とともにpHを制御する血液緩衝系の主要な成分である。組織から肺へのCO2の輸送を助け、酸塩基平衡を維持するために腎臓と肺によって調節される。環境中では、炭酸水素イオンと関連する炭酸種が自然水の緩衝能に寄与し、地球規模の炭素循環、ならびに貝殻やサンゴ礁を形成する鉱物の生成に関わる。

用途と実用例

炭酸水素塩には幅広い用途がある。炭酸水素ナトリウムは重曹として広く知られ、膨張剤、穏やかな研磨剤、消臭剤、制酸剤に用いられる。炭酸水素カリウムは、食品における低ナトリウムの代替品として、または農業用殺菌剤として使用される。工業では、炭酸水素塩はpH制御、排煙処理、および一部の化学合成に利用される。二酸化炭素を放出する反応が、こうした用途の多くの基礎となっている。

歴史、用語と区別

「固定空気」および炭酸塩化合物を研究した初期の化学者たちは、18世紀に炭酸水素イオンの挙動を認識していた。家庭での炭酸水素塩の利用はその後に現れ、近代的な製造法が確立する以前にはサレラタスなどの名で知られた。炭酸水素イオンは炭酸イオン（CO3^2−）と区別することが重要である。炭酸イオンは2個の負電荷をもち、異なる鉱物や沈殿を形成することが多い。炭酸水素イオンと炭酸イオンの変換はpHと温度に依存し、加熱によって炭酸イオンとCO2が生じうる。このことは化学者によって、また炭酸塩を扱う商業的工程においても指摘されている。

一般的な炭酸水素塩の取扱いと安全性は比較的単純である。大半は溶解すると弱アルカリ性を示し、通常の家庭用途および多くの工業用途では低毒性の物質とみなされる。ただし、濃い溶液や不適切な摂取は刺激や代謝上の影響を引き起こす可能性があるため、標準的な注意事項と表示に従う必要がある。