炭酸塩：炭酸イオンとその化合物

構造と性質

炭酸イオンの結合は共鳴によって安定化されている。3本のC–O結合に電子密度が共有されるため、単一の結合だけが局在することはない。この非局在化により、イオンの形式電荷は−2となり、平面構造をとる。塩としての炭酸塩は溶解度がさまざまであり、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸塩は水に溶ける一方、炭酸カルシウムなどの多くのアルカリ土類金属および遷移金属の炭酸塩は難溶性で、結晶質鉱物を形成する。結合と電荷分布については結合の概要および共鳴の概念を参照。

反応性と代表的な反応

炭酸塩が酸と反応すると、一般に塩と水が生成し、二酸化炭素ガスが放出される。すなわち、炭酸塩＋酸 → 塩＋H₂O＋CO₂である。この性質は、炭酸塩鉱物を酸で試験した際の発泡の原因であり、多くの実験室手順の基礎となっている。基本的な炭酸塩化学と反応例は炭酸塩の反応にまとめられている。

鉱物学と地質学的重要性

炭酸塩鉱物は堆積岩の主要な構成要素である。方解石（炭酸カルシウム）とドロマイト（炭酸カルシウムマグネシウム）は、石灰岩とドロストーンを構成し、過去の海洋環境を記録するとともに、地球の炭素循環を緩衝する。炭酸塩堆積物とその続成作用は、地下水および石油の貯留層の形成に影響を与える。地質学的な背景と鉱物一覧は炭酸塩鉱物および堆積性炭酸塩を参照。

有機炭酸塩と工業用途

有機炭酸塩は炭酸のエステルであり、ジメチルカーボネートやエチレンカーボネートなどが含まれる。これらは溶媒、ポリマー製造の中間体、一部の塩素系溶媒より安全な代替物として利用される。無機炭酸塩は、ガラスおよびセメントの製造原料、水の軟化、CO₂回収プロセスに用いられる。実用的な用途については工業用途と有機炭酸塩を参照。

主な区別と注目すべき事項

• 用語の意味：「炭酸塩」は、CO₃²⁻イオン、そのイオンを含む塩、または有機炭酸塩基を指す場合がある。用語に関する注記を参照。
• 環境における役割：炭酸塩鉱物は地質学的時間尺度で炭素を固定し、海洋化学に影響を及ぼす。
• 分析上の同定：酸による発泡とX線回折は、炭酸塩鉱物を同定する一般的な方法である。