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ケイ酸塩【ケイさんえん】

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

ケイ酸塩
ケイさんえん
silicate
天然に多量に産出し,造岩鉱物の主成分として地殻のほとんどを占める。一般に融点が高く,融液冷却するとガラス体を形成しやすい。酸,アルカリにおかされにくいが,フッ化水素酸により分解する。構造的には (SiO4)4- の正四面体が単位で,これが規則的に配列され,すきまに陽イオンが入り込んで,結晶が構成される。 (SiO4)4- が単独で存在する場合はオルトケイ酸塩で,橄欖石 (かんらんせき) などがその例。また (SiO4)4- 四面体が連なり環状をなすもの (緑柱石など) ,長い鎖状をなすもの (輝石類) ,二次元に無限に広がった層状構造のもの (雲母類) ,三次元に広がり網目構造をなすもの (長石など) もある。ケイ酸塩の安定性はこのような巨大イオンの存在によって説明される。窯業の主体であるガラス,耐火物,セメント,陶磁器などは,すべてケイ酸塩の特殊性を利用したもの。 (→ケイ酸塩鉱物 )

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世界大百科事典 第2版

けいさんえん【ケイ酸塩】

出典:株式会社平凡社
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日本大百科全書(ニッポニカ)

ケイ酸塩
けいさんえん
silicate

金属酸化物と二酸化ケイ素SiO2からなる塩。一般式xMI2O・ySiO2で表される。含水塩、複塩のほか、ケイ素の一部がアルミニウム原子、ホウ素原子で置換された塩も含める(アルミノケイ酸塩という。一般式はMIx[(AlO2)x(SiO2)y]・zH2O)。

 天然に広く多量に存在し地殻の主成分である。成分酸化物の混合融解により人工的にも合成される。一般に融点が高く、融解物を冷やすとガラス状になりやすい。アルカリ塩を除き、水に難溶。酸その他普通の試薬に侵されにくいが、フッ化水素により分解してフッ化ケイ素を生じ、アルカリと溶融すれば水に可溶性となる。ケイ酸塩の結晶構造は種類によって異なるが、基本的にはケイ素原子の周りに酸素原子が配位したSiO4四面体が孤立または連結して規則的に配列し、そのすきまに金属イオン(M)が入ったイオン結晶で、構造により次のように分類される。

(1)ネソケイ酸塩 単独の[SiO4]4-が認められるものをいう(図A)。例としては、橄欖石(かんらんせき)(Mg,Fe,Mn)2SiO4、柘榴石(ざくろいし)(Ca,Mg,Fe)3(Al,Fe)2(SiO4)3がある。

(2)ソロケイ酸塩 有限個のSiO4が酸素原子を共有して群状をつくる構造をもつものをいう(図B)。例としては、トルトバイタイト(Sc,Y)2Si2O7、異極鉱(いきょくこう)Zn4(Si2O7)(OH)2(H2O)がある。

(3)シクロケイ酸塩 ソロケイ酸塩のうち、環状のものをいう(図C)。例としては、ベニトアイトBaTiSi3O9、ネプチュナイトNa2(Fe,Mn)TiSi4O12、緑柱石(りょくちゅうせき)Be3Al2(Si6O18)がある。

(4)イノケイ酸塩 SiO4が無限に連結した一次元構造をもつ。これには1本の鎖[SiO3]n2n-を含む単鎖イノケイ酸塩(図Dの(1))と、2本の鎖が酸素原子を共有して連結し、6員環が1方向に融合した構造の[Si4O11]6-を含む複鎖イノケイ酸塩(図Dの(2))がある。例としては、単鎖イノケイ酸塩(図Dの(1))では、透輝石(とうきせき)CaMg(SiO3)2、珪灰石(けいかいせき)(Ca,Mn)SiO3、バラ輝石(Mn,Ca)SiO3がある。また複鎖イノケイ酸塩(図Dの(2))では透閃石(とうせんせき)(Ca2,Mg5)(Si4O11)2(OH)2、ゾノトラ石 Ca6Si6O17(OH)2がある。

(5)フィロケイ酸塩 SiO4が無限に連結した二次元構造をもつ。6員環が2方向に融合してできた平面構造の[Si2O5]n2n-を含む(図E)。例としては、タルク(滑石)Mg3(Si4O10)(OH)2、魚眼石(ぎょがんせき)KCa4F(Si4O10)2・8H2Oがある。

(6)テクトケイ酸塩 網目状の三次元構造をもつ。SiO4だけが連結すればSiO2のシリカ、石英になる。また、ケイ素原子の一部がアルミニウム原子、ホウ素原子で置換されると、アルミノケイ酸、ホウケイ酸の三次元構造のイオンができる。これらの塩をテクトケイ酸塩(テクトは組み立てる人の意)という。例としては、長石(ちょうせき)類たとえばカリ長石KAlSi3O8、沸石(ふっせき)類、方沸石Na(AlSi2)O6・H2Oがある。

 ケイ酸塩工業にはケイ酸塩のいろいろな特性が利用される。ガラス、陶磁器、セメント、耐火物や、そのままで宝石、建築材などに用いられる。

[守永健一・中原勝儼]

出典:小学館 日本大百科全書(ニッポニカ)
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化学辞典 第2版

ケイ酸塩
ケイサンエン
silicate

nM2O・mSiO2,またはM2Oを,MO,M2O3などで置き換えた物質.Siは4個のOで四面体型に囲まれている.その四面体が,独立して存在するもののほかに,ほかのSiO4と頂点のOを共有して結合しているものがある(稜または面を共有して多重結合をすることはない).その結果,鎖状のオリゴマー,環状縮合体,無限鎖ポリマー,無限二次元ポリマー,三次元ポリマーなどが知られている.【】モノマーの [SiO4]4- をもつもの(図(a)).オルトケイ酸塩.ネソケイ酸塩ともいう.Siは4個のOに正四面体型に囲まれている.一方,金属陽イオンもOで囲まれ,M-Oはやや長いが,フェナサイト(phenacite)Be2SiO4では4個のOが正四面体型に,ケイ酸亜鉛鉱(willemite)Zn2SiO4では6個のOが正八面体型に,ジルコンZrSiO4では8個のOが十二面体型に配列している.MとSiO4間は完全なイオン結合ではなく,ある程度共有結合性がまじっていると考えられる.【】鎖状のオリゴマー.ソロケイ酸塩ともいう.[Si2O7]6- を含む二ケイ酸塩(図(b))が代表的なものである.異極鉱(hemimorphite)Zn4(Si2O7)(OH)2・H2O,トルトベート石(thortveitite)Sc2(Si2O7)などがある.【】環状縮合体.シクロケイ酸塩ともいう.三,四,六,八,九員環が知られている.ベニト石(benitoite)BaTiSi3O9は [Si3O9]6-(図(c))をもつ.また,緑柱石(beryl)Al2Be3Si6O18は [Si6O18]12-(図(d))をもつ.このほかに,海王石(neptunite)は [Si4O12]8- を,ムイライト(muirite)は [Si8O24]16- を,ユージアル石(eudyalite)は [Si9O27]18- をもつ.【】無限鎖ポリマー.イノケイ酸塩ともいう.おもなものは,単純鎖型の輝石類(pyroxene)のメタケイ酸塩 (M2SiO3)n(図(e))と,角せん石類(amphibole)(M6Si4O11)n(図(f))である.これ以外の形式の鎖,たとえば,ゾノライト(xonotlite)Ca6Si6O17(OH)2の [Si6O17]10- などいくつか知られている.また,アルミノケイ酸塩のけい線石Al[AlSiO5]は [AlSiO5]2- の鎖状構造をもつ.これらの固体では鎖は平行に存在し,そのすきまに陽イオンが配列しており,鎖方向に繊維状に割れやすいものが多い.【】無限二次元ポリマー.フェロケイ酸塩ともいう.SiO4四面体の3個のOが各隣接するSiO4と共有されて,板状の二次元ポリマー型になったもの.これらは [(Si2O5)2-]n をもつ(図(g)).この平面は普通平行に並び,対陽イオンはそれらの平面間に位置する.そのため,平面に平行な方向に割れやすいへき開性がみられる.葉長石(petalite)LiAl(Si4O10),魚眼石(apophyllite)KCa4F(Si4O10)2・8(H2O).滑石(talc)Mg3(Si4O10)(OH)2や,アルミノケイ酸塩の雲母がある.【】三次元ポリマー.テクトケイ酸塩ともいう.SiO4四面体の4個すべてのOを隣接するSiO4と共有した三次元ポリマーSiO2は,二酸化ケイ素であり塩ではない.しかし,この骨格をもち,そのSiO4のOのいくつかをAlで置換したアルミノケイ酸塩では,Si→ Alのため骨格は負の荷電をもち,陽イオンとともに塩をつくる.たとえば,長石類の正長石(orthoclase)はK[(AlO2)(SiO2)3],灰長石(anorthite)はCa[(AlO2)2(SiO2)2]である.このグループには,ほかにゼオライト(沸石)類がある.かご形の大きな分子が空洞を包んだ形で,なかに水や大きいイオンなどを入れることができて,陽イオン交換も行う.天然に,方沸石(analcite)Na[(AlO2)(SiO2)2],曹沸石(natrolite)Na2[(AlO2)2(SiO2)2]などがあるほか,用途に応じた性質をもつものが人工的に種々合成されている.また,群青(Na4[(AlO2)3(SiO2)3]S1~2)もこのグループの一員である.ケイ酸塩はアルカリケイ酸塩を除き水に不溶.酸に難溶であるが,フッ化水素と硫酸の混合物には易溶.陶磁器,セメント,耐火レンガ,ガラスなど窯業上重要な製品に種々のケイ酸塩がそれらの特性に応じて用いられている.

出典:森北出版「化学辞典(第2版)」
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