ケイ酸塩鉱物の構造と分類

ケイ酸塩は、地球の地殻とマントルで最も豊富な鉱物であり、その基本的なSiO4四面体がどのように結合しているかによって分類されます。

Definition

ケイ酸塩鉱物の構造分類は、そのケイ素-酸素四面体の連結性と、それらを結合する陽イオンに基づいて行われます。

Scope

このトピックでは、ケイ酸塩の構成要素であるSiO4四面体と、その重合度によって定義される構造クラス（ネソケイ酸塩（孤立した四面体）、ソロケイ酸塩（対になった四面体）、サイクロケイ酸塩（環状）、イノケイ酸塩（単鎖および複鎖）、フィロケイ酸塩（層状）、テクトケイ酸塩（骨格状））について扱います。また、それぞれのクラスを、かんらん石、輝石、角閃石、雲母、長石などの代表的な造岩鉱物と関連付けます。

Core questions

• SiO4四面体間の酸素原子の共有は、どのようにして6つのケイ酸塩構造クラスを定義するのでしょうか？
• 長石や石英の骨格構造が、層状ケイ酸塩と化学的・機械的にこれほど異なるのはなぜでしょうか？
• ケイ酸塩の構造クラスは、へき開、硬度、および晶癖とどのように関連しているのでしょうか？
• 非四面体サイトにはどのような陽イオンが占め、それらはどのように変化するのでしょうか？

Key theories

SiO4重合分類

ケイ酸塩は、四面体間で共有される架橋酸素の数によって分類され、ネソケイ酸塩の孤立した四面体からテクトケイ酸塩の完全に連結した三次元ネットワークまで多岐にわたり、これは造岩鉱物を体系化するスキームです。

ケイ酸塩における構造-物性相関

四面体結合の次元性は物理的異方性を制御します。鎖状ケイ酸塩は柱面沿いにへき開し、層状ケイ酸塩は完全な底面へき開を持ち、骨格状ケイ酸塩は顕著なへき開を持たず、風化に強いです。

Clinical relevance

ケイ酸塩は火成岩、変成岩、および多くの堆積岩を支配しているため、その構造分類は造岩鉱物学の組織化原理であり、岩石学的同定と岩石生成の解釈に不可欠です。

History

1920年代から1930年代にかけてW. L. Braggとその共同研究者によって行われた初期のX線構造決定により、ケイ酸塩のクラスを定義する四面体結合が明らかになりました。その後、Machatschkiが四面体サイトにおけるケイ素-アルミニウム置換を認識したことで、現代の構造分類が完成し、Deer、Howie、およびZussmanの参考書シリーズで体系化されました。

Key figures

• William Lawrence Bragg
• Felix Machatschki
• William Alexander Deer

Seminal works

• klein2007
• deer2013

Frequently asked questions

なぜケイ酸塩は最も重要な鉱物グループなのでしょうか？

ケイ素と酸素は地球の地殻で最も豊富な2つの元素であるため、ケイ酸塩は地殻鉱物の90パーセント以上を占め、ほとんどの造岩種を構成しています。

テクトケイ酸塩とは何ですか？

各SiO4四面体のすべての酸素が隣接する四面体と共有され、三次元ネットワークを形成する骨格ケイ酸塩です。石英と長石が主要な例です。