炭酸水の正体は何？
炭酸水 炭酸水（たんさんすい）とは、炭酸ガスを含む水のことをいう。ソーダ水・ソーダとも言われる。特にソフトドリンクでは、飲み物に清涼感を与える目的で、炭酸を原料の一つに使用し気泡を立たせる。これは炭酸飲料とも呼ばれる。日本農林規格（JAS）では、ガス内圧が0.29MPa以上の飲料が該当する[1]。
炭酸塩 炭酸イオン(たんさんいおん、英: carbonate)は、イオン式が CO3、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 (HCO−3) 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。
これは炭酸イオンが共鳴構造を持つためである。
炭酸水素塩泉 炭酸水素イオン(HCO3)を含み、成分分析をすると炭酸水素塩が主成分として検出されるため、この名称が付いている。代表的な炭酸水素塩として知られる炭酸水素ナトリウムは、水溶液にすると弱塩基性を示すように、炭酸水素塩泉のpHを計測した場合も弱塩基性を示す場合が多い。
ところで、炭酸水素塩泉の中には「美人の湯」と称されてきた温泉も見られる。これは炭酸水素塩泉に特有の性質ではないものの、ある種の美肌効果が期待できるとされる(美肌効果の節を参照)。これとは別に、黒湯(褐色湯)と呼ばれる温泉の中にも、炭酸水素塩泉が比較的多く含まれている場合がある。また、兵庫県の有馬温泉や大分県の長湯温泉のように炭酸を多く含有する場合があり、これらは俗称として「炭酸泉」とも呼ばれてきた。
掲示用泉質名の「炭酸水素塩泉」とは別に、泉質名の一部にも「炭酸水素塩泉」の文字列が表示される場合もある。つまり、掲示用泉質名に「炭酸水素塩泉」と書かれていなくとも、例えば、掲示用泉質名に「塩化物泉」と書かれてあっても、かつて「含重曹食塩泉」と呼ばれていた温泉の泉質名が「ナトリウム-塩化物・炭酸水素塩泉」と表示される。他にも、例えば、掲示用泉質名に「含鉄泉」と書かれてあっても、かつて「重曹炭酸鉄泉」などと呼ばれていた温泉の泉質名にも「含鉄(II)-ナトリウム-炭酸水素塩泉」などと表示される場合がある。
炭化水素 従来型燃料の枯渇に備え、環境負荷の少ない低炭素社会を実現するため、人工的にメタンを生産する方法も研究されている。メタン産生菌を利用した生物由来メタンの生産については、その生産量が少なく、実用化には至っていない。無機由来メタンの人工生産についても研究が進んでおり、金属水素化物(MH)と二酸化炭素(CO2)からメタン(CH4)を合成する方法も提案されている(4MH + CO2 → 2M2O + CH4 (M = Li,Na,K))。
炭化水素をエネルギー源として利用した副産物の二酸化炭素も、メタンガスも地球温暖化に関与している。また、内燃機関が不完全燃焼することで発生する一酸化炭素は大気汚染物質であり、窒素酸化物とともに光化学スモッグの原因ともなる。粒子状物質には高分子の炭化水素が含まれる。
ソーダ 飲料としてのソーダやソーダ水は本来二酸化炭素を含む水の事であり、炭酸水全般を意味する言葉である。そのため後述するソーダに近いとされる飲料であるラムネやサイダーのソーダの一種なのである。
ラムネはレモン水を意味する英語のレモネードが変化したもので、炭酸水にレモンやライムの香料、砂糖等を加えた清涼飲料水であり、またサイダーはリンゴ酒を意味するフランス語のシードルが変化したもので、日本においては炭酸水にクエン酸や香料、砂糖等を加えた清涼飲料水を指す言葉である。
本来はラムネはレモン風味でサイダーはリンゴ風味と味に違いがあったが、現在ではサイダーにもレモンの香料が使用されるようになったため両社の味に違いは無くなっているという。また以前はラムネとサイダーとソーダを瓶や栓の形状で区別していた時期もあり、ラムネはガラス瓶にビー玉で栓をするタイプのものでサイダーは胴長丸形瓶に王冠で栓をするタイプといった密封方法によって区別されていたが、現在ではそれらの容器も多様化し缶やペットボトル等も使用されるようになったため、栓にビー玉を使用しているものをラムネ、使用していないものをサイダーと呼んで区別しているという。
二次生成物 二次生成物(にじせいせいぶつ)とは、prettiesとひとまとめに呼ばれることもあるが、洞穴探険家の間で、洞穴内生成物(英: Speleothem(ギリシャ語で洞穴内堆積物の意)、cave formation)のことを指し、洞窟二次生成物の略語である。それらは洞穴内部での水や石灰岩や空気との反応の結果、生成する。
水が岩の割れ目から漏れ出るにつれ、それは特定の化合物を溶かし込んでいく。洞穴内では、それらの化合物とは、大抵が方解石、あられ石(どちらも炭酸カルシウム)か石膏(硫酸カルシウム)である。最初に、水は水路を作り出す。水路は時間をかけて大きく成り続け、鍾乳洞を形成する。ついには、岩の中にうがたれた空間は流れる水が空気と接触し、その溶質が水と分離して沈殿物を生じさせるのに充分なほどに大きく成長する。それらの析出物は水から炭酸カルシウムや硫化カルシウムの除去、若しくは炭酸ガスの奪取(炭酸カルシウム)を通じて濃縮の機能となることがある。数万年以上の時を経て、それらの化合物を溶かし込んだ一粒一粒の雫は洞穴内生成物を形成するのである。二次生成物が天井に生じれば、垂れ下がった構造(鍾乳石)を作り出すか、洞窟の中の床面から上へ伸び上がる構造物(石筍)を作り上げる。充分な時間が有れば、鍾乳石と石筍はともに成長し続け、石柱として一体化してしまう。
水がしたたり落ちる、染み出る、凝縮する、流れる、プールに留まる、等々、水の動き次第でいろいろなタイプの二次生成物が成長する。多くの物は、それら洞穴内生成物が、人工物や自然物でそれらに良く似たものと類似していることから名付けられる。洞穴生成物は以下の物を含む。:
炭酸カリウム 工業的にはカリウム塩の中で最も重要な化合物である。化学が成立する以前から、人類は灰を水に溶かして炭酸カリウムを得ていた。1世紀に記述された大プリニウスの『博物誌』には、ガリア人が石鹸を発明し、原料は灰と獣脂であると書かれている。日本ではナトリウムを用いた石鹸が主流だが、ナトリウム石鹸に比べてカリ石鹸は冷水に対する溶解度が大きいため、液体石鹸として生産されている。さらに、ガラスの原料としても欠かせない。ブラウン管用のガラスやクリスタルガラスに用いられる。食品工業では中華そば用のかんすいとして使われている。
助燃触媒として有効であり、木炭の着火性や火縄銃の火縄が立ち消えないことは炭酸カリウムの存在による。木炭を流水中に漬けておくとほとんど火がつかなくなることは古くから知られていたが、それが炭酸カリウムの流出による現象であることは近代になるまで誰も気がつかなかった。 草木灰から得られる炭酸カリウムはpotash(カリウムの英名「ポタシウム」の語源)と呼ばれ、文字通り「壷の灰」として油汚れを落とすアルカリ液に用いられた。これは油脂を鹸化する力が強くオーブンなどの清掃に有効である。余熱のあるうちに雑巾につけた炭酸カリウム濃厚液を塗りつけてこすると非常にきれいになるが、目に入らぬよう注意せねばならない。またゴム手袋の着用も不可欠である。
日本においては、尾澤豊太郞が炭酸カリウムの製造に初めて成功した。
酸素 成人が消費する酸素は、1分あたり約250 mLであり、これは約0.36 gに相当する。ここから計算すると、人類全体が1年間に消費する量は13億トンに相当する。
なお、酸素を利用しない呼吸の形態を嫌気呼吸という。最初の地球に酸素が存在しなかったことから、これが最初の呼吸のあり方と考えられる。これは好気呼吸の経路にも、解糖系という形態で残っている。酸素を全く使わずに生活する微生物も存在し、そのような微生物は、酸素の存在下では死滅する(嫌気性生物)。初期の微生物にとっても、酸素は有毒物質であった。
地球誕生初期の原始大気に含まれていた硫酸や塩酸は、原始海洋中で地殻中の金属イオンで中和され、原始大気は高温高圧の二酸化炭素や水蒸気、窒素が主成分だったと考えられる。これは海洋に溶けこんだ硫酸を除いて現在の金星の大気と似ていたとする説がある。この原始大気中には分圧で示されるほどの酸素は存在せず、熱や光で分解して発生するわずかな遊離酸素は一酸化炭素や地殻に露出した還元金属の酸化で消費され、分圧の高い二酸化炭素が海洋中に溶存していた。これを材料に30億年前ごろに光合成を獲得したシアノバクテリアが現れて酸素が作られ始めたとされているが、近年の遺伝子解析の結果から、進化の過程で光合成機能を失う細菌もいたことをうかがわせる結果が出ており、初期の光合成による大気への酸素供給は必ずしも安定にはできていなかった可能性が指摘されている。シアノバクテリアが大規模に存在して安定した酸素供給ができていた確実な証拠となるストロマトライトの最古の化石は、現在までに約27億年前のものが見つかっている。こうした安定した光合成は、同時期に大規模な大陸変動によって生じた浅瀬のような環境で可能になったと考えられている。
赤祖父石灰華生成地 石灰華は赤祖父川谷筋の地下水によって形成されるが、普通の地下水では地表での炭酸カルシウムの飽和が起こるほどの炭酸カルシウムの溶解が起こらない。このことから赤祖父山の地下に石灰岩を含む地層があり、炭酸カルシウムを多く含む地下水を形成する原因になっていると推測されている。