炭酸鉄(II)

炭酸[鉄]：性質と生成、そして環境中での役割

炭酸[鉄]は、化学式FeCO3で表される鉄の炭酸塩で、自然界では菱鉄鉱として産出する鉱物の主成分です。密度はおよそ3.8～4.0g/cm³とされています。

生成方法

炭酸[鉄]は、[鉄]イオンを含む[水]]溶液に、酸素を遮断した状態で炭酸イオンを含む水溶液を加えることで生成できます。例えば、硫酸鉄]などの[鉄]塩[水溶液に炭酸ナトリウムや炭酸水素ナトリウム水溶液を加えると、灰白色の炭酸鉄]の沈殿が得られます。この反応は、以下の[[化学式で表せます。

Fe²⁺ + CO₃²⁻ → FeCO₃(s)

一方、[鉄]イオンを含む[水]]溶液に炭酸塩を加えても、炭酸鉄]は生成しません。代わりに、[[水和酸化鉄(III)（水酸化鉄(III)）の沈殿が生成します。

また、濃度の高い[鉄]塩[水]]溶液に、酸素を遮断した上で過剰の濃炭酸カリウム水溶液を加えると、錯体であるジカルボナト鉄]酸カリウムK₂Fe(CO₃)₂]が生成します。この[[錯体は水溶液中で分解し、炭酸鉄]を沈殿します。この反応は可逆反応であり、以下の[[化学式で表せます。

Fe²⁺ + 2CO₃²⁻ → [Fe(CO₃)₂]²⁻

[Fe(CO₃)₂]²⁻ ⇌ FeCO₃(s) + CO₃²⁻

物理化学的性質

炭酸[鉄]は乾燥した空気中では比較的安定ですが、湿った空気中では酸化されやすく、褐色や黒味を帯びてきます。濃炭酸[水]]素ナトリウム水溶液には錯体を形成して溶解し、希塩酸や希硫酸には二酸化炭素を発生しながら溶解して[[鉄]塩になります。

加熱すると200℃付近から分解が始まり、490℃で[二酸化炭素]]の解離圧が1気圧に達します。同時に、生成物である酸化鉄(II)と二酸化炭素が反応して四酸化三鉄]を生成します。この分解と反応は、以下の[[化学式で表せます。

FeCO₃ → FeO + CO₂

3FeO + CO₂ → Fe₃O₄ + CO

炭酸[鉄]の[水]]への溶解度は低く、溶解度積は3.5×10⁻¹¹程度です。しかし、二酸化炭素を飽和させた水には、炭酸水素鉄] Fe(HCO₃)₂として約1g/L溶解します。この炭酸[水素鉄]は、天然の[鉱泉水などにも存在すると考えられています。ただし、炭酸水素[[鉄]は固体として単離されていません。

FeCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Fe²⁺ + 2HCO₃⁻

結晶構造は三方晶系の方解石型構造で、格子定数はa = 5.82Å、α = 47°46′です。

環境中での生成

[水]]田土壌などの湛水状態にある還元的な環境では、しばしば炭酸[[鉄]の結核が形成されます。これは、0.5～1.5cm程度の灰白色の果粒状をしており、空気中に触れると酸化されて青黒色から黒褐色に変化します。

炭酸[鉄]

[鉄]]の炭酸塩には、二価鉄の炭酸鉄]だけでなく、三価[鉄の炭酸鉄]も存在すると考えられています。しかし、炭酸[鉄]は[鉄]塩[[水溶液に炭酸アンモニウム水溶液を反応させた時に生じる赤色沈殿として報告されているものの、その存在は必ずしも確実ではありません。

まとめ

炭酸[鉄]は、自然界に広く存在し、その生成、性質、環境中での挙動は多岐にわたります。還元的な環境での生成、空気中での酸化、酸への溶解性など、その特異な性質は、地球化学や環境科学において重要な役割を果たしています。

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