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二酸化ケイ素(にさんかけいそ、SiO₂)はケイ素の酸化物で、地殻を形成する物質のひとつとして重要である。シリカ(silica)、無水ケイ酸とも呼ばれる。圧力、温度の条件により、多様な結晶相(結晶多形)が存在する。

◆ 性質

結晶は共有結合結晶であり、ケイ素原子を中心とする正四面体構造が酸素原子を介して無数に連なる構造をしている。

二酸化ケイ素の結晶多形の中で代表的なものとして、石英(quartz、水晶)、鱗珪石(tridymite、トリディマイト)、クリストバライト(cristobalite)、コーサイト(coesite)、 スティショバイト(stishovite)、衝撃石英などがある。

温度と圧力を変化させた場合のシリカ鉱物(SiO₂)の安定関係が次第に明らかになってきた。常温常圧下ではα石英が安定だが、573度でβ石英に転移する。さらに温度を上げると、870度でトリディマイト、さらにクリストバライトとなり、融解に到る。温度ではなく圧力を上げていくと、500度から800度の場合は、3.5GPaでコーサイト(1953年に合成)に、10GPaでスティショバイト(1961年に合成)に転移することが分かった。

ケイ素原子は非常な高圧下では6個の酸素原子が配位した八面体構造をとることもある。1961年にソ連のS.M.StishovとS.V.Popovaが1200℃、160kbarという条件下で人工的な合成に成功したスティショバイトである。これは隕石が地表に衝突した際にも生成する。例えば、バリンジャー隕石孔から発見されている。遷移層から下部マントル程度の高圧条件下ではシリカはスティショバイト構造をとると考えられているFunamori, N.; Jeanloz, R.; Miyajima N.; Fujino K. (2000). "Mineral assemblages of basalt in the lower mantle". J. Geophs. Res. - Solid Earth 105 (B11): 26037?26043. [外部リンク] 要旨参考: http://www.geo.arizona.edu/xtal/geos306/fall06-11.htm, http://www.esc.cam.ac.uk/~gbro04/SZ%20processes.html, http://www.suken.co.jp/subject/rika/sc_net/25/Sc25_3.pdf八木健彦、近藤忠、宮島延吉、亀卦川卓美、"下部マントル深部条件下における高温高圧X線回折実験" , PHOTON FACTORY NEWS Vol.20 No.3 NOV. 2002 [外部リンク] PDF。。 -->

電球の内側に、明る過ぎないようにするため塗料として塗られる。また、無機ガラスの主成分である。タイヤのゴムに、補強充填剤としてシリカが配合される。

◆ 反応

二酸化ケイ素はフッ化水素ガス (HF) やフッ化水素酸 (aq. HF) と反応し、それぞれフッ化ケイ素 (SiF₄)、ヘキサフルオロケイ酸 (H₂SiF₆) を生ずる。

:SiO₂ + 4HF(gas) → SiF₄ + 2H₂O

:SiO₂ + 6HF(aq) → H₂SiF₆ + 2H₂O

また、固体の水酸化ナトリウム (NaOH) と熱することによりケイ酸ナトリウム (Na₂SiO₃) が生成する。ケイ酸ナトリウムに水を加えて熱すると水ガラスとなる。

:SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O

◆ 埋蔵量

二酸化ケイ素(シリカ)は石英、珪砂、珪石などの形で産出する。天然の石英の資源量には限りがあるが、工業的には代わりに人工石英がもちいられる[外部リンク] QUARTZ CRYSTAL (INDUSTRIAL), アメリカ地質調査所。珪砂や珪石の資源量は非常に潤沢であり、工業用の純度の高いものも世界中に広く分布する[外部リンク] SAND AND GRAVEL(INDUSTRIAL), アメリカ地質調査所。

成熟した砂漠の砂にも多く含まれる。砂漠#砂の組成を参照。

◆ 脚注

◆ 関連項目

・ ケイ酸

・ ケイ酸塩(シリケート)

・ アルミノケイ酸塩

・ メソポーラスシリカ

・ ゼオライト

・ 石綿(アスベスト)

・ アエロジル

・ 鉱物 - 酸化鉱物 - 石英・鱗珪石・クリストバライト・コーサイト・スティショバイト

◆ 参考文献

・ 黒田吉益・諏訪兼位 『偏光顕微鏡と岩石鉱物 第2版』 共立出版、1983年、ISBN 4-320-04578-5。

・ 森本信男 『造岩鉱物学』 東京大学出版会、1989年、ISBN 4-13-062123-8。

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