炭酸塩の化学的特性と鉱物学的概要

炭酸塩（たんさんえん、英語: carbonate）は、炭酸イオン（CO₃²⁻）を含む化合物の総称である。無機炭素化合物の一種であり、自然界において広く存在し、産業や地球科学において重要な位置を占めている。

一般に、アルカリ金属以外の炭酸塩は水に難溶なものが多く、加熱することによって二酸化炭素を放出し、金属酸化物を生じる性質を持つ。

炭酸イオンの構造

炭酸イオンは、イオン式が CO₃²⁻、分子量が 60.01 g/mol であり、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（D3h分子対称性）をとり、方解石中のC-O結合距離は 128.3 pm である。

炭酸イオンの結合状態は単一のルイス構造式では十分に表現できず、共鳴構造を持つ。非局在化により、電荷は3個の酸素原子に等しく分散している。

酸塩基化学と検出

炭酸イオン（CO₃²⁻）は中程度に強い塩基であり、弱酸である炭酸水素イオンの共役塩基として機能する。

炭酸塩に希釈した鉱酸（塩酸など）を加えると、気体の二酸化炭素が発生するため、この反応は炭酸イオンの定性的な検出法として利用されている。

主な炭酸塩化合物

• 炭酸アンモニウム ((NH₄)2CO3)：炭安とも呼ばれる。
• 炭酸カリウム (K₂CO3)：植物の灰の成分であり、ガラス原料などに用いられる。
• 炭酸カルシウム (CaCO₃)：石灰石、サンゴ骨格、貝殻の主成分。
• 炭酸ナトリウム (Na₂CO3)：石鹸やガラスの製造原料。
• 炭酸バリウム (BaCO3)：毒重石の主成分であり人体に有害。
• 炭酸マグネシウム (MgCO3)：滑り止めや研磨剤に利用される。

炭酸塩鉱物

鉱物学において、炭酸塩から構成される鉱物は炭酸塩鉱物と呼ばれる。これらは熱水からの析出や鉱石の風化などによって生成される。

• 方解石・霰石・ファーテル石 (CaCO₃)
• 苦灰石 (CaMg(CO3)2)
• 孔雀石 (Cu₂(CO3)(OH)2)
• 藍銅鉱 (Cu₃(CO3)2(OH)2)
• 菱苦土鉱 (MgCO₃)
• 菱マンガン鉱 (MnCO₃)
• 菱鉄鉱 (FeCO₃)