シュウ酸

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シュウ酸
識別情報
CAS登録番号 144-62-7
日化辞番号 J2.954H
特性
化学式 H2C2O4
(COOH)2
モル質量 90.03 g mol−1(無水和物)
126.07 g mol−1(二水和物)
外観 無色結晶
密度 1.90 g cm−3
融点

189.5 ℃(無水和物)(分解)
101.5 ℃(二水和物)

への溶解度 10.2g / 100 cm3 (20 ℃)
酸解離定数 pKa 1.27, 4.27
構造
分子の形 Planar
熱化学
標準生成熱 ΔfHo −821.7 kJ mol−1
標準燃焼熱 ΔcHo −251.1 kJ mol−1
標準モルエントロピー So 115.6 J mol−1K−1
標準定圧モル比熱, Cpo 117 J mol−1K−1
危険性
MSDS MSDSICSC
NFPA 704
NFPA 704.svg
1
3
0
引火点 166 ℃
関連する物質
関連するカルボン酸 ギ酸; マロン酸
関連物質 グリオキサール; グリオキシル酸; グリコール酸; グリコールアルデヒド; エチレングリコール
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

シュウ酸(シュウさん、蓚酸、: oxalic acid)は構造式 HOOC−COOH で表される、もっとも単純なジカルボン酸。分子量は90.03(無水物)及び126.07(二水和物)。IUPAC命名法ではエタン二酸 (ethanedioic acid)。1776年カール・ヴィルヘルム・シェーレによりカタバミ (oxalis) から初めて単離されたことから命名された。

命名の由来にもなったように、植物に多く含まれる。漢字の「蓚」はタデ科スイバを意味する。タデ科(他にギシギシイタドリなど)、カタバミ科アカザ科アカザホウレンソウなど)の植物には水溶性シュウ酸塩(シュウ酸水素ナトリウムなど)が、サトイモ科サトイモザゼンソウマムシグサなど)には不溶性シュウ酸塩(シュウ酸カルシウムなど)が含まれる。とろろが肌に付くと痒みを生じるのは、シュウ酸カルシウムの針状結晶が肌に刺さって刺激を受ける為である。

体内で血液中のカルシウムイオンと強く結合するため毒性があり、毒物及び劇物取締法により医薬用外劇物に指定されている。

還元性があるため、滴定によく使われる。また、染料原料や漂白剤としても用いられる。

製法[編集]

工業的には、木片をアルカリ処理したのち、抽出することで得られる。実験的には、ギ酸ナトリウムを加熱分解して生成するシュウ酸ナトリウムを、水酸化カルシウムによってシュウ酸カルシウムとして単離し、これを硫酸で分解することで得られる。

\rm 2 HCOONa \ \overset{\Delta}{\longrightarrow} \ Na_2C_2O_4 + H_2

\rm Na_2C_2O_4 + Ca(OH)_2 \longrightarrow CaC_2O_4 + 2 NaOH

\rm CaC_2O_4 + H_2SO_4 \longrightarrow H_2C_2O_4 + CaSO_4

エチレングリコールおよびグリオキサール二クロム酸カリウムなどで酸化しても生成する。従ってこれらの化合物は体中で代謝によりシュウ酸を生成する。

化学的性質[編集]

無水物は常温常圧で無色の固体で、189.5 ℃ で分解し、ギ酸一酸化炭素二酸化炭素を生じる。吸湿性を持ち、湿気を含んだ空気中に放置すると二水和物となる。水溶液からも二水和物が析出し、二水和物を五酸化二リンを入れたデシケーター中に入れるか、100 ℃ に加熱することにより結晶水を失い無水物となる。

酸としての性質[編集]

カルボキシル基を持つため水溶液中では電離して2価の酸として作用を示す。弱酸として分類されることが多いが、リン酸などよりも強く酸解離定数スクアリン酸に近い。第一段階の電離度は 0.1 mol dm−3 の水溶液では 0.6 程度とかなり大きい。

\rm H_2C_2O_4(aq) + H_2O(l) \ \overrightarrow\longleftarrow \ H_3O^+(aq) + HC_2O_4^-(aq),     \mbox{p}K_{a1} = 1.27 \,

\rm HC_2O_4^-(aq) + H_2O(l) \ \overrightarrow\longleftarrow \ H_3O^+(aq) + C_2O_4^{2-}(aq),     \mbox{p}K_{a2} = 4.27 \,

純粋なものが得やすく秤量しやすい固体であるため、分析化学においてシュウ酸は中和滴定の一次標準物質として用いられる。

水溶液中における酸解離に対する熱力学的諸量は以下の通りである[1]

  \mathit{\Delta} H^\circ \mathit{\Delta} G^\circ \mathit{\Delta} S^\circ \mathit{\Delta} Cp^\circ
第一解離 −4.27 kJ mol−1 7.24 kJ mol−1 −38.5 J mol−1K−1
第二解離 −6.57 kJ−1mol−1 24.35 kJ mol−1 −103.8 J mol−1K−1 −238 J mol−1K−1

還元剤としての性質[編集]

シュウ酸は還元剤としてはたらき、分析化学において酸化還元滴定における一次標準物質としても用いられる。その標準酸化還元電位は以下の通りである。

\rm 2 CO_2(g) + 2 H^+(aq) + 2e^- = H_2C_2O_4(aq) \,,     E^\circ = -0.475 \mbox{V}

酸性水溶液中における過マンガン酸カリウムとの反応は以下のようになる。

\rm 5 H_2C_2O_4 + 2 MnO_4^- + 6 H^+ \longrightarrow 10 CO_2 + 2 Mn^{2+} + 8 H_2O \,

シュウ酸イオン[編集]

シュウ酸イオン

シュウ酸の第一段階解離により生成するシュウ酸水素イオン (hydrogenoxalate, HC2O4) は1価の陰イオンであり、第二段階解離により生成するシュウ酸イオン (oxalate, C2O42−) は2価の陰イオンである。シュウ酸イオンは平面型で炭素-炭素間は単結合、炭素-酸素間は共鳴し単結合および二重結合の中間的な性格を持つ。

シュウ酸塩[編集]

シュウ酸イオンを含むイオン結晶である正塩、シュウ酸塩 (oxalate) と、シュウ酸水素イオンを含む酸性塩であるシュウ酸水素塩 (hydrogenoxalate) が存在する。正塩はアルカリ金属塩およびアンモニウム塩、アルミニウム塩および(III)塩は水に可溶性であるが、アルカリ土類金属塩を始めとする多くのものが難溶性である。鉄(III)塩の水溶液は徐々に分解しシュウ酸鉄(II) FeC2O4 を析出し、塩は加熱により爆発的に分解する。

シュウ酸エステル[編集]

シュウ酸とアルコール脱水縮合した構造を持つエステルシュウ酸エステルと呼び、(COOR)2 の構造を持つ。シュウ酸ジメチルは融点 54 ℃ の固体で水に可溶性であるが、シュウ酸ジエチルは融点 −40.6 ℃ の液体で、水に難溶性である。シュウ酸とアルコールの混合物を濃硫酸と加熱することにより合成する。

オキサラト錯体[編集]

シュウ酸イオンは主に二箇所の酸素原子で金属イオンに配位結合を形成し、オキサラト錯体 (oxalato) を形成する。配位子としてのシュウ酸イオン C2O42− は ox と略す。 コバルト(III)に配位したものを始めとして多くの遷移金属錯体が存在する。

  • オキサラトテトラアンミンコバルト(III)塩化物 ([Co(ox)(NH3)4]Cl)
  • トリスオキサラト鉄(III)酸ナトリウム (Na3[Fe(ox)3])
  • オキサリプラチン ([Pt(ox)(C6H10(NH2)2)])

参考文献[編集]

  1. ^ 田中元治 『基礎化学選書8 酸と塩基』 裳華房、1971年

関連項目[編集]

外部リンク[編集]