炭酸水ってどうやったら作れる？
炭酸水とは、炭酸ガスを含む水のことをいい、ソーダ水・ソーダとも言われ、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圧力を加え製造します。炭酸水は家庭でも製造可能で、そういった機器をソーダサイフォンといいます。市販のソーダ水は純粋な炭酸水の場合もありますがが、塩、クエン酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム（重曹）、炭酸水素カリウム、クエン酸カリウム、硫酸カリウム、ジナトリウムリン酸塩などを少量加える場合もあり、メーカーによって異なります。
二酸化炭素 二酸化炭素(にさんかたんそ、英: carbon dioxide)は、炭素の酸化物の一つで、化学式が CO 2 {\displaystyle {\ce {CO2}}} と表される無機化合物である。化学式から「シーオーツー」とも呼ばれる。地球温暖化対策の文脈などで、「カーボンフリー」「カーボンニュートラル」など「カーボン」が使われることがあるが、これは二酸化炭素由来の炭素を意味する。
二酸化炭素は温室効果を持ち、地球の気温を保つのに必要な温室効果ガスの一つである。しかし、濃度の上昇は地球温暖化の原因となる。
地球大気中の二酸化炭素をはじめ地球上で最も代表的な炭素の酸化物であり、炭素単体や有機化合物の燃焼によって容易に生じる。気体は炭酸ガス、固体はドライアイス、液体は液体二酸化炭素、水溶液は炭酸や炭酸水と呼ばれる。また、金星、火星は大気の主成分が二酸化炭素であることが知られている。
硬水 水の硬度は{カルシウム濃度 (mg/L)×2.5 + マグネシウム濃度 (mg/L)×4.1}で炭酸カルシウム(CaCO3)含有量に近似され、厚生労働省ではその量が60mg/L以下の水を軟水、60~120mg/Lを中硬水、120~180mg/Lを硬水、180mg/L以上を超硬水と定義している。その他の単位では以下のようになる。
硬水は北欧の水に多い。アメリカ合衆国では東部・南部・太平洋岸では軟水が多く、南西部は硬水が多い。日本では関東地方の一部や南西諸島に見られるが、ほとんどの地域の水は軟水であり、水源が硬水である沖縄本島中・南部および本部半島・読谷では、水道水の硬度を下げる処理を施している。
また、硬水は含有するイオンのタイプによって一時硬水と永久硬水の2種類に分けることができる。 前者は石灰岩地形を流れる河川水、地下水で、炭酸水素カルシウムを多く含み、煮沸することにより軟化することができる(反応式は後述)。 後者はカルシウムやマグネシウムの硫酸塩・塩化物が溶け込んでいるもので、煮沸しても軟化されない。以前は蒸留しないと飲用に適さない水であったが、現在はイオン交換樹脂でイオンを除去し、軟化させることが容易となった。
冷水湧出帯 冷水湧出帯(れいすいゆうしゅつたい、英: cold seep、cold vent)とは、硫化水素や、メタンなどの炭化水素に富んだ湧水が存在する海底の領域のことである。冷水湧出域(れいすいゆうしゅついき)とも言う。また冷湧水(れいゆうすい)、あるいは単に湧水(ゆうすい)と言われることもある。ここで「冷水」とは、熱水噴出口から噴き出す数百度にも達する熱水ほどではないとするだけの意味であり、周囲の海水より低い温度の湧出水という意味ではない。むしろ、周囲温度よりわずかに高い場合が多い。
しばしば塩水溜まりの形態をとる。冷水湧出帯は多くの固有種を含んだ生物群集を構成する。
冷水湧出帯は、年月をかけて特異な地形を発達させる。メタン等と海水の反応により、炭酸塩鉱物が形成される。たとえば、炭酸カルシウムの水和物であるイカ石の生成には、冷水湧出帯のメタンの酸化が関わっていると考えられている。この反応はバクテリアの活動と関係している可能性がある。
炭酸アンモニウム 炭酸アンモニウムは、窒素を含む有機物質(例:髪の毛、シカの角、尿の分解物など)を乾燥条件で加熱して抽出できる。しかし現在では炭酸アンモニウムは、塩化アンモニウムあるいは硫酸アンモニウムと、白亜(石灰岩: 炭酸カルシウムが主成分)を鉄製の容器の中で赤熱し、出てくる気体を鉛製の受け器で濃縮して作られる。粗生成物から昇華により得られる炭酸アンモニウムの白い繊維状の固まりは、等モルの炭酸水素アンモニウムとカルバミン酸アンモニウムから成る。この混合物は、その組成よりセスキ炭酸アンモニウム (ammonium sesquicarbonate) とも呼ばれる。それをアルコールで蒸解(digestion)したり、空気中に放置したりすると、カルバミン酸アンモニウムが分解し純粋な炭酸水素アンモニウムが得られる。また、約 30 °C で調製したセスキ炭酸アンモニウムの濃い水溶液にアンモニアを通じると、上記の混合物とは異なる純粋な炭酸アンモニウム ((NH4)2CO3) が、水和物の結晶として得られる。この化合物もまた空気中でアンモニアを放出し、炭酸水素アンモニウムへと戻る。
鹹水魚 鹹水とは、狭義では炭酸ナトリウム・炭酸カリウムなどが溶解した強アルカリ性の水のことをいうが、広義では溶質の種類を問わない塩分濃度が高い水のことをいう。従って広義では海水は紛れもない鹹水であり、海水域に棲息する魚類、即ち海水魚は鹹水魚である。淡水と海水が混じり合う汽水域に棲息する汽水魚も鹹水魚に含まれる。
エネルギー貯蔵 実験室レベルでは、大気中の二酸化炭素を炭化水素燃料に変換できるが、何らかのエネルギー源を必要とする。産業化するには、太陽光をエネルギー源として人工光合成と呼ばれる技術を使うことになる。他のエネルギー源としては、太陽光発電や太陽熱や原子力が考えられる。水素に比べて体積が格段に小さい、既存のエンジン技術にすぐ利用できる、既存の燃料供給基盤をそのまま使えるという利点がある。合成炭化水素燃料の製造が実現すれば、製造した燃料を燃やすまでは大気中の二酸化炭素を減少させることができ、燃やしても製造前に比べて大気中の二酸化炭素量が増えない。燃料の消費量を上回る製造量を技術的に達成できれば、二酸化炭素による温室効果を克服することができる。なお、たとえエネルギー貯蔵を目的にしないとしても、液体燃料を使うしかない航空機の燃料として、さらには、プラスチックなどの工業原料として石油に類する人工合成物質は必要であり、炭化水素の人工合成は将来の必須技術といえる。
メタンは分子式が CH4 という最も単純な炭化水素である。メタンは再生可能エネルギーによる電力で生産可能である。メタンは水素よりも貯蔵と輸送が簡単で、燃焼方法も確立している。
まず、電気分解で水から酸素と水素を作る。
過硫酸 硫酸またはクロロ硫酸に濃過酸化水素を作用させる。ペルオキシ二硫酸を加水分解したり、硫酸と水を電気化学的に酸化して得る。
実験室的には、硫酸に過硫酸アンモニウムを加えて調製される。
塩化水素 自然には火山活動などで発生する。ルブラン法が炭酸ナトリウム(炭酸ソーダ)生成の主な方法であった頃はこのガスが問題となっていた。