ケイ酸塩鉱物
ケイ酸塩鉱物(けいさんえんこうぶつ、英:Silicate minerals)はケイ酸塩で構成された造岩鉱物の総称である。鉱物の中で最大かつ最も重要なグループで、地球の地殻の約90%を占めている。
鉱物学では、シリカ(二酸化ケイ素、SiO2)もケイ酸塩鉱物と見なされる。シリカは自然界において鉱物の石英やその多形として存在している。
地球上では、数十億年間にわたり地殻が形成・再活動をしてきた過程の結果、多種多様なケイ酸塩鉱物が幅広い範囲と組み合わせで形成されてきた。こうした過程には部分融解、結晶化、変成作用、風化、続成作用などが含まれる。
このサイクルには生物も貢献しており、珪藻と呼ばれるプランクトンは自らの外骨格を海水から抽出したシリカから作っている。この珪藻が死んだ後の殻は、深海堆積物・珪藻土の主成分となっている。
ケイ酸塩鉱物は一般的に、化学式[SiO2+n]2n-のサブユニットからなる無機化合物である。このように記述されているものの、陰イオンとしてのケイ酸塩イオンの記述は簡略化されている。ケイ酸塩アニオンの負の電荷とバランスをとっているのは、金属の陽イオンMx+である。こうしたカチオンの例としてMg2+やFe2+、Na+などがある。ケイ酸塩と金属間のSi-O-Mの結合は極性を持つ強力な共有結合である。ケイ酸塩アニオン[SiO2+n]2n-は無色透明で、細かく砕いた粉末にしても白色である。ケイ酸塩鉱物の色は、ケイ酸塩ではなく鉄などの金属に由来する。
ほとんどのケイ酸塩鉱物でケイ素は四面体構造をとり、4個の酸素原子に囲まれている。酸素の配位数は、酸素が2つのケイ素中心の橋渡し役になるときに配位数が2で固定される以外は自在に変化する。
ケイ素中心の中には、四隅を酸素原子と結合したままで他元素の原子に置き換わっている場合もある。四価ではない原子に置き換わった場合はアニオンはさらに負の電荷をもつため、相殺するためのカチオンを追加で要する。例えば、正長石[の場合、酸素と共有結合をとる四面体の3次元ネットワークからなるアニオンを持つ。もし四面体がすべてケイ素中心を持っていれば、アニオンは中性ケイ酸塩[となる。4個に1個の割合でケイ素がアルミニウムに置き換わった場合は[のアニオンができ、カリウムのカチオンKによって中性化される。
鉱物学において、ケイ酸塩鉱物はそのケイ酸塩アニオンの構造によって以下の7つの主要グループに分類される。
なお、テクトケイ酸塩鉱物が追加の陽イオンを持つのは、ケイ素がアルミニウムなどのより価数の低い原子に置き換わったときに限られる。
ネソケイ酸塩鉱物(ギリシャ語で島を意味するgrc grcに由来する)、またはオルソケイ酸塩鉱物は、格子間のカチオンのみに結合した孤立した[SiO4](4−)の四面体であるオルソケイ酸塩を持つ。シュツルンツ分類では09.Aに分類されている。例として以下が挙げられる。
フェナク石 – Be2SiO4
珪亜鉛鉱 – Zn2SiO4
テフロ石 – Mn2SiO4
苦礬柘榴石 – Mg3Al2(SiO4)3
鉄礬柘榴石 – Fe3Al2(SiO4)3
満礬柘榴石 – Mn3Al2(SiO4)3
灰礬柘榴石 – Ca3Al2(SiO4)3
灰鉄柘榴石 – Ca3Fe2(SiO4)3
灰クロム柘榴石 – Ca3Cr2(SiO4)3
ジルコン – ZrSiO4
トール石 – (Th,U)SiO4
ハフノン – (Hf,Zr)SiO4
紅柱石 – Al2SiO5
藍晶石 – Al2SiO5
珪線石 – Al2SiO5
デュモルチェライト – Al
トパーズ – Al2SiO4(F,OH)2
十字石 – Fe2Al9(SiO4)4(O,OH)2
ヒューム石類 – (Mg,Fe)7(SiO4)3(F,OH)2
ヒューム石 – Mg7(SiO4)3(F,OH)2
チタン石 – CaTiSiO5
ムライト – Al6Si2O13
ソロケイ酸塩鉱物(ギリシャ語で山・塚を意味するgrc grcに由来する)は、共有された酸素原子の頂点を持つ二重四面体である、独立したピロケイ酸塩Siで構成されており、ケイ素と酸素の存在比は2:7である。シュツルンツ分類では09.Bに分類されている。例として以下が挙げられる。
ソーベタイト – (Sc,Y)(Si2O7)
異極鉱 (カラミン (鉱物)) – Zn4(Si2O7)(OH)2*H2O
ローソン石 – CaAl2(Si2O7)(OH)2*H2O
斧石 – (Ca,Fe,Mn)3Al2(BO3)(Si4O12)(OH)
緑簾石類((SiO4)(4−)と(Si2O7)(6−)の両方を含む)
緑簾石 – Ca2(Al,Fe)3O(SiO4)(Si2O7)(OH)
灰簾石 – Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH)
タンザナイト – Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH)
単斜灰簾石 – Ca2Al3O(SiO4)(Si2O7)(OH)
褐簾石 – Ca(Ce,La,Y,Ca)Al2(Fe^{II},Fe^{III})O(SiO4)(Si2O7)(OH)
ベスブ石 – Ca10(Mg,Fe)2Al4(SiO4)5(Si2O7)2(OH)4
サイクロケイ酸塩鉱物(ギリシャ語で円を意味するgrc grcに由来する)、またはシクロケイ酸塩鉱物・リングケイ酸塩鉱物は、3つ以上の四面体が環状に繋がった構造を持つ。一般式は(SixO3x)2x−で、1個かそれ以上のケイ素原子を他の4配位原子に置換できる。ケイ素と酸素の存在比は1:3である。二重リングの場合は一般式は(Si2xO5x)2x−となり、ケイ素と酸素の存在比は2:5となる。シュツルンツ分類では09.Cに分類されている。例として以下が挙げられる。
ベニト石 – BaTi(Si3O9)
パパゴ石 – CaCuAlSi.
緑柱石 – Be3Al2(Si6O18)
杉石 – KNa2(Fe,Mn,Al)2Li3Si12O30
電気石 – (Na,Ca)(Al,Li,Mg)
ペツォッタイト – Cs(Be2Li)Al2Si6O18
大隅石 – (K,Na)(Fe,Mg)2(Al,Fe)3(Si,Al)12O30
菫青石 – (Mg,Fe)2Al4Si5O18
なお、斧石のリングには4つのケイ素四面体に加え2つのホウ素原子の四面体が含まれているため、同じ6員環でも他のケイ素のみの鉱物より大きく歪んだ環状構造をしている。
イノケイ酸塩鉱物(ギリシャ語で繊維を意味するgrc, grc に由来する)または鎖状ケイ酸塩鉱物は連結された鎖状のケイ酸塩四面体を持つ。単鎖の場合は一般式はSiO3、ケイ素と酸素の比は1:3だが、2本鎖の場合は一般式がSi4O11、ケイ素と酸素の存在比が4:11となる。シュツルンツ分類では09.Dに分類されている。例として以下が挙げられる。
頑火輝石・鉄珪輝石系統
頑火輝石 – MgSiO3
鉄珪輝石 – FeSiO3
ピジョン輝石 – Ca0.25(Mg,Fe)1.75Si2O6
透輝石・灰鉄輝石系統
透輝石 – CaMgSi2O6
灰鉄輝石 – CaFeSi2O6
普通輝石 – (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6
ひすい輝石 – NaAlSi2O6
エジリン輝石 – NaFe^{III}Si2O6
リシア輝石 – LiAlSi2O6
珪灰石 – CaSiO3
ばら輝石 – MnSiO3
ペクトライト – NaCa2(Si3O8)(OH)
直閃石 – (Mg,Fe)7Si8O22(OH)2
灰鉄輝石 – Ca2Mg5Si8O22(OH)2
緑閃石 – Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2
普通角閃石 – (Ca,Na)
藍閃石 – Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2
リーベック閃石(石綿) – Na2Fe^{II}3Fe^{III}2Si8O22(OH)2
アルベゾン閃石 – Na3(Fe,Mg)4FeSi8O22(OH)2
フィロケイ酸塩鉱物(ギリシャ語で葉を意味するgrc, grcに由来する)、または層状ケイ酸塩鉱物は、ケイ酸塩四面体の層が平行に積み重なった構造をとり、一般式はSi2O5でケイ素と酸素が2:5の割合で存在している。シュツルンツ分類では09.Eに分類されている。フィロケイ酸塩鉱物は全て、水またはヒドロキシ基で水和されている。
例として以下が挙げられる。
1:1粘土鉱物(TO)
カオリナイト – Al2Si2O5(OH)4
2:1粘土鉱物(TOT)
葉ろう石 – Al2Si4O10(OH)2
滑石 – Mg3Si4O10(OH)2
イライト – (K,H3O)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10[(OH)2,(H2O)]
モンモリロン石(スメクタイト) – (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2*nH2O
緑泥石 – (Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2*(Mg,Fe)3(OH)6
苦土蛭石 – (Mg,Fe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)2*4H2O
海泡石 – Mg4Si6O15(OH)2*6H2O
黒雲母 – K(Mg,Fe)3(AlSi3)O10(OH)2
白雲母 – KAl2(AlSi3)O10(OH)2
金雲母 – KMg3(AlSi3)O10(OH)2
リチア雲母 – K(Li,Al)
真珠雲母 – CaAl2(Al2Si2)O10(OH)2
海緑石 – (K,Na)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)2
テクトケイ酸塩鉱物、またはフレームワークケイ酸塩鉱物は、ケイ酸塩四面体が3次元フレームワーク構造をとっている。一般式はSiO2でケイ素と酸素が1:2で存在する。このグループは地球の地殻の75%を占めている。石英類以外のテクトケイ酸塩鉱物は、すべてアルミニウムを含んだアルミノケイ酸塩である。シュツルンツ分類では09.Fと09.Gに分類されているほか、石英は04.DAに分類されている。例として以下が挙げられる。
石英・水晶類
石英 – SiO2
鱗珪石 – SiO2
クリストバル石 – SiO2
コース石 – SiO2
スティショフ石 – SiO2
モガン石 – SiO2
玉髄 – SiO2
アルカリ長石(カリ長石)
微斜長石 – KAlSi3O8
正長石 – KAlSi3O8
アノーソクレース – (Na,K)AlSi3O8
サニディン – KAlSi3O8
曹長石 – NaAlSi3O8
灰曹長石 – (Na,Ca)(Si,Al)4O8     (Na:Ca 4:1)
アンデシン – (Na,Ca)(Si,Al)4O8     (Na:Ca 3:2)
ラブラドル長石 – (Ca,Na)(Si,Al)4O8     (Na:Ca 2:3)
亜灰長石 – (Ca,Na)(Si,Al)4O8     (Na:Ca 1:4)
灰長石 – CaAl2Si2O8
黝方石 – Na8Al6Si6O24(SO4)
霞石 – (Na,K)AlSiO4
方ソーダ石 – Na8(AlSiO4)6Cl2
藍方石 – (Na,Ca)
青金石 – (Na,Ca)8(AlSiO4)6(SO4,S,Cl)2
エリオン沸石 – (Na2,K2,Ca)2Al4Si14O36*15H2O
方沸石 – NaAlSi2O6*H2O