ケイ酸けいさん塩しお

ケイ酸けいさん塩しお（ケイさんえん、（珪酸けいさん塩しお、英えい: silicate）は、1個いっこまたは数個すうこのケイ素けいそ原子げんしを中心ちゅうしんとし、電気でんき陰性いんせいな配はい位い子こがこれを取とり囲かこんだ構造こうぞうを持もつアニオンを含ふくむ化合かごう物ぶつを指さす。シリケートとも呼よばれる。この定義ていぎではヘキサフルオロシリケート [SiF₆]²⁻ などの化学かがく種しゅも含ふくまれるが、一般いっぱん的てきによく見みられるケイ酸けいさん塩しおは酸素さんそを配はい位い子ことするものである。

ケイ酸けいさん塩しおアニオンは他たのカチオンと結合けつごうし、電気でんき的てきに中性ちゅうせいな化合かごう物ぶつを形成けいせいする。シリカ（二酸化にさんかケイ素けいそ） SiO₂ はケイ酸けいさん塩しおの一種いっしゅと考かんがえられることもある。これはケイ素けいそ周まわりが負ふ電荷でんかを帯おびないため、追加ついかのカチオンを含ふくまない特別とくべつな例れいである。シリカは石英せきえいやその多た形かたちなどの鉱物こうぶつとして自然しぜん界かいに見みられる。

ケイ酸けいさん塩しおの代表だいひょう的てきな構造こうぞうモデル

ケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつに代表だいひょうされる大だい多数たすうのケイ酸けいさん塩しおでは、ケイ素けいそ原子げんしは4個この酸素さんそ原子げんしによって囲かこまれた四よん面体めんてい構造こうぞうをとる。鉱物こうぶつの種類しゅるいによってこの四よん面体めんていが連つらなる度合どあいは異ことなり、単独たんどく、対たい、クラスター、環状かんじょう、鎖くさり状じょう、二に本ほん鎖くさり状じょう、層状そうじょう、3次元じげん網目あみめ状じょうなど多岐たきにわたる。ケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつはこのアニオン構造こうぞうの違ちがいによって分類ぶんるいされる。

酸素さんそ原子げんし周まわりの空間くうかんが少すくないため、通常つうじょうの圧力あつりょく条件じょうけんでは6配はい位いのケイ酸けいさん塩しおはまれにしか見みられないが、ソーマス石せき などにヘキサヒドロキシシリケートイオン [Si(OH)₆]²⁻ として含ふくまれる。

ケイ酸けいさんイオン

4配はい位いケイ酸けいさんイオン中ちゅうのケイ素けいそ原子げんしは、4個この酸素さんそ原子げんしによって囲かこまれた四よん面体めんてい構造こうぞうをとり、この四よん面体めんていが1個いっこから無限むげん個こまで連つらなった多様たような種類しゅるいがある。

オルトケイ酸さんイオン (SiO₄⁴⁻)、ピロケイ酸けいさんイオン (Si₂O₇⁶⁻)、他たの縮ちぢみ合あいケイ酸けいさんイオンが知しられている。環状かんじょうケイ酸けいさんイオンとしては Si₃O₉⁶⁻ と Si₆O₁₈¹²⁻ が知しられている。さらに、以下いかのような多様たような無限むげんポリイオンが存在そんざいする。

1次元じげん鎖くさり状じょう

(pyroxene) 型がた (SiO₃²⁻)_n。各かく SiO₄ 四よん面体めんていは2個この酸素さんそ原子げんしを隣となりの SiO₄ 四よん面体めんていと共有きょうゆうし、形式けいしき的てきには残のこり2個この酸素さんそがアニオンとなる。

1次元じげん二に重じゅう鎖くさり状じょう

(amphybole) 型がた (Si₄O₁₁⁶⁻)_n

2次元じげんシート状じょう

各かく SiO₄ 四よん面体めんていは3個この酸素さんそ原子げんしを隣となりの SiO₄ 四よん面体めんていと共有きょうゆうし、形式けいしき的てきには残のこり1個いっこの酸素さんそがアニオンとなる。ほとんどの2次元じげんシート状じょうアニオンは巨大きょだいすぎて、常温じょうおんでは固体こたいかコロイド溶液ようえきでしか存在そんざいできない。

3次元じげん網目あみめ状じょう

各かく SiO₄ 四よん面体めんていは4個この酸素さんそ原子げんしを隣となりの SiO₄ 四よん面体めんていと共有きょうゆうする。この構造こうぞうが 100% だと組成そせい式しき SiO₂ の二酸化にさんかケイ素けいそであるが、一部いちぶの SiO₂ が他たの金属きんぞく酸化さんか物ぶつに置おき換かわった (M(I)₂O)_2x(SiO₂)_1-x や (M(II)O)_2x(SiO₂)_1-x のような組成そせいの化合かごう物ぶつでは、ケイ素けいそ原子げんしが取とり除のぞかれた欠陥けっかん部ぶがアニオンとなった (SiO_2(1-x))O_2x^4x− のようなポリイオンが考かんがえられる。ただし金属きんぞく M がイオンというよりも酸素さんそ原子げんしと共有きょうゆう結合けつごうしてポリケイ酸けいさんイオンの一部いちぶとなっていると考かんがえた方ほうが良よい構造こうぞうの場合ばあいもある。

2次元じげんシート状じょうおよび3次元じげん網目あみめ状じょうのポリケイ酸けいさんイオンの一部いちぶのケイ素けいそ原子げんしが、アルミニウムやホウ素ほうそ、リン、またチタンなどの遷移せんい金属きんぞくに置おき換かえられたものがある。これらは化学かがく的てきにはアルミノケイ酸けいさんイオンやホウケイ酸けいさんイオンと呼よばれるべきものであるが、ケイ酸けいさんイオンの一種いっしゅとして扱あつかわれることが多おおい。特とくにアルミノケイ酸けいさん塩しおには非常ひじょうに多おおくのものが知しられている。非ひ晶あきら質しつの3次元じげん網目あみめ状じょうケイ酸けいさん塩しおはケイ酸けいさんガラスとして知しられる。

ケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつ

「鉱物こうぶつの一覧いちらん#ケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつ」も参照さんしょう

鉱物こうぶつ学がくでは、ケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつ（ケイさんえんこうぶつ、（英えい: silicate mineral）は、そのアニオン部分ぶぶんの構造こうぞうによって以下いかのようなグループに分類ぶんるいされる。

• ネソケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつ（四よん面体めんてい単体たんたい） — ${\ce {[SiO4]^{4-}}}$、かんらん石せき類るい、柘榴ざくろ石せき類るいなど。
• ソロケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつ（四よん面体めんてい2量りょう体からだ） — ${\ce {[Si2O7]^{6-}}}$、ベスブ石せき、緑みどり簾すだれ石せき類るいなど。
• サイクロケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつ（環状かんじょう） — ${\ce {[Si_{n}O_{3n}]^{2n{}-}}}$、緑みどり柱石ちゅうせき、電気でんき石せき類るいなど。
• イノケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつ（単たん鎖くさり状じょう） — ${\ce {[Si_{n}O_{3n}]^{2n{}-}}}$、輝石きせき類るいなど。
• イノケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつ（2本ほん鎖くさり状じょう） — ${\ce {[Si_{4n}O_{11n}]^{6n{}-}}}$、角すみ閃石類るいなど。
• フィロケイ酸さん塩しお鉱物こうぶつ（層状そうじょう） — ${\ce {[Si_{2n}O_{5n}]^{2n{}-}}}$、雲母うんも類るいや粘土ねんど鉱物こうぶつなど。
• テクトケイ酸さん塩しお鉱物こうぶつ（3次元じげん網目あみめ状じょう） — ${\ce {[Al_{x}Si_{y}O_{2(x{+}y)}]^{x{}-}}}$、石英せきえい、長石ちょうせき類るい、沸にえ石せき類るいなど。

テクトケイ酸さん塩しお鉱物こうぶつは、アルミニウムなど価あたい数すうの小ちいさい原子げんしでケイ素けいそが置おき換かえられ、全体ぜんたいとして負ふ電荷でんかを帯おびる場合ばあいにのみカチオン種しゅを含ふくむ。このような置換ちかんは他たのケイ酸けいさん塩しおでも起おこる。

いくつかの希少きしょうな鉱物こうぶつでは、結晶けっしょう構造こうぞう中ちゅうに複数ふくすう種しゅのアニオンが共存きょうぞんしていたり、上うえに挙あげた種別しゅべつの中間ちゅうかんの構造こうぞうを持もつ複雑ふくざつなアニオンを含ふくんでいる。

ケイ酸けいさん塩しお岩石がんせき

地質ちしつ学がくや天文学てんもんがくにおけるケイ酸けいさん塩しおは岩石がんせきの種別しゅべつの一種いっしゅであり、ケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつを主成分しゅせいぶんとするものを示しめし、火成岩かせいがん、変成岩へんせいがん、堆積岩たいせきがんの多おおくがこれに含ふくまれる。地球ちきゅうのマントルや地殻ちかくは主おもにケイ酸けいさん塩しおによって構成こうせいされており、他たの地球ちきゅう型がた惑星わくせいについても同様どうようである。

地球ちきゅうでは、地殻ちかくの形成けいせい、および部分ぶぶん的てきな融解ゆうかい、結晶けっしょう化か、分ぶん画が、変成へんせい作用さよう、風化ふうか、続ぞく成なり作用さようなどの過程かていによって多種たしゅ多様たようなケイ酸けいさん塩しお鉱物こうぶつが生成せいせいしてきた。地表ちひょう付近ふきんにおいては生物せいぶつもケイ酸けいさん塩しおの生成せいせいに寄与きよしている。プランクトンの一種いっしゅである珪藻けいそうはケイ酸けいさん塩しおからなる被ひ殻からを作つくり出だす。深海しんかいの沈降ちんこう物ぶつは主おもに珪藻けいそうの被ひ殻からからなっている。

参考さんこう文献ぶんけん

• 都城みやこのじょう秋穂あいお、久城くじょう育夫いくお『岩石がんせき学がくI - 偏へん光こう顕微鏡けんびきょうと造みやつこ岩がん鉱物こうぶつ』共立きょうりつ出版しゅっぱん〈共立きょうりつ全書ぜんしょ〉、1972年ねん。ISBN 4-320-00189-3。 

関連かんれん項目こうもく

• ケイ酸けいさん
• 鉱物こうぶつ、鉱物こうぶつの一覧いちらん