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{{Chembox | ImageFile = Silicic acid.jpg | ImageSize = 300 px | ImageFile1 = Silicic acids.png | ImageSize1 = 500px | IUPACName = ケイ酸 <br/> silicic acid | OtherNames = | Section1 = {{Chembox Identifiers | CASNo = | JGlobalID = 200906086125683221 }} | Section2 = {{Chembox Properties | Formula = Si(OH)<sub>4</sub> | MolarMass = 96.1149 g mol<sup>−1</sup> | Appearance = | Density = 1.576 g cm<sup>−3</sup> | Solubility = | MeltingPt = | BoilingPt = | Viscosity = | pKa = 9.86, 13.1 }} | Section4 = {{Chembox Thermochemistry | DeltaHf = −1481.1 kJ mol<sup>−1</sup> | Entropy = 192 J mol<sup>−1</sup>K<sup>−1</sup> | HeatCapacity = }} | Section7 = {{Chembox Hazards | MainHazards = |- | RPhrases = | SPhrases = }} | Section8 = {{Chembox Related | OtherAnions = [[リン酸]]; [[硫酸]]; [[過塩素酸]]; [[炭酸]]; [[オルト炭酸]] | OtherCations = }} }} '''ケイ酸'''（ケイさん、珪酸、silicic acid）とは、[[化学式]] [SiO<sub>x</sub>(OH)<sub>4−2x</sub>]<sub>n</sub> (例:ケイ酸ナトリウムはNa<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>)で表される<!--xは必ずしも整数である必要はない、例えばメタ二ケイ酸ではn=2, x=1.5-->[[ケイ素]]、[[酸素]]、[[水素]]の化合物の総称である。確認されているものとしては、[[オルト#水和度の違うオキソ酸|オルト]]ケイ酸 (H<sub>4</sub>SiO<sub>4</sub>)、[[メタ#水和度の違うオキソ酸|メタ]]ケイ酸 ({{chem|H|2|SiO|3}})、メタ二ケイ酸 {{chem|(H|2|Si|2|O|5|)}} などがある。単にケイ酸と呼ぶ場合、メタケイ酸のことを示すことが多い。 == 例 == ケイ酸は[[二酸化ケイ素]](SiO<sub>2</sub>)に[[水]](H<sub>2</sub>O)を加えたものであり、理論上はN個以上のケイ素について環状のものやシート状のものなど際限なく考えることが可能。<ref>{{cite book|title=Inorganic Chemistry|publisher=Academic Press|year=2001/1995|isbn=3-11-012641-9|chapter=2.6 Oxygen Acids of Silicon. Silicates and Silicones|page=261-263}}</ref> {|class="wikitable" |- | オルトケイ酸<br/>orthosilicic acid<br/>monosilicic acid || <chem>H4SiO4</chem> || [[画像:Orthosilicic-acid-3D-balls.png|80px]] |- | ピロケイ酸<br/>pyrosilicic acid<br/>disilicic acid || <chem>H6Si2O7</chem> || [[画像:Pyrosilicic-acid-3D-balls.png|130px]] |} {|class="wikitable" |- | メタケイ酸<br/>metasilicilic acid|| <chem>H2SiO3</chem> || [[画像:Metasilicic-acid-3D-balls.png|80px]] |- | メタ二ケイ酸<br/>disilicic acid|| <chem>H2Si2O5</chem> || [[画像:Disilicic-acid-3D-balls.png|130px]] |} == 化学的性質 == 普通、オルトケイ酸などは単独で存在することは少なく、混合体となっていることが多い。<br> オルトケイ酸の単離は[[2017年]]に[[産業技術総合研究所]]のグループにより初めて報告された<ref>Igarashi, M., Matsumoto, T., Yagihashi, F., Yamashita, H., Ohhara, T., Hanashima, T., Nakao, A., Moyoshi, T., Sato K., Shimada, S., [https://doi.org/10.1038/s41467-017-00168-5 Non-aqueous selective synthesis of orthosilicic acid and its oligomers]. ''Nat. Commun.'' '''8''', 140, 1-8</ref><ref>[https://www.jaea.go.jp/02/press2017/p17072701/ 200年にわたる謎に終止符、ガラスの基本単位の構造を決定－オルトケイ酸を用いた高機能・高性能ケイ素材料の創出に期待－]、[[日本原子力研究開発機構]]、2017年7月27日、2019年3月21日閲覧</ref>。[[加水分解]]を避けるため、テトラベンジルオキシシランを[[アミド]][[溶媒]]中において[[パラジウム炭素]]により[[水素化分解]]することで、オルトケイ酸を96%の収率で合成できた。そして単離したオルトケイ酸は、[[テトラブチルアンモニウム]]塩共存下においてSi(OH)<sub>4</sub>の正四面体構造として存在することが示されている。<br> また、メタケイ酸は単純な{{chem|H|2|SiO|3}}分子ではなくSiO<sub>4</sub>四面体が鎖状または環状となった構造である。産業技術総合研究所のグループは、二量体、環状三量体、環状四量体の合成にも成功している。 [[ケイ酸ナトリウム]]などのケイ酸[[アルカリ金属|アルカリ]]の濃溶液に[[酸]]を加えると、白色無定形の膠状物体ができる。これをふつうケイ酸と呼び、[[二酸化ケイ素]]と[[水]]とが結合したものであるが、その水の割合は一定していない。 このケイ酸が凝固したものを乾燥空気中で放置し、さらに加熱乾燥させると順次水を失い、500 ℃ で二酸化ケイ素の[[ゲル|キセロゲル]]となる（[[シリカゲル]]）。この間、二酸化ケイ素 1モルに対して一定量の水が化合したと思われるものは存在しないから、このゲル状のケイ酸を一定の[[化学式]]で表すことは困難であるが、これらの塩から考えて、オルトケイ酸・メタケイ酸が存在すると考えられている。 ケイ酸は熱水、[[アルカリ]]に溶け、また、冷水にはわずかに溶けるが、酸には溶けない。[[濃硫酸]]、無水[[エタノール]]により脱水される。[[フッ化水素]]の作用でただちに分解され[[ヘキサフルオロケイ酸]]{{chem|H|2|[SiF|6|]}}を生成する。水溶液は[[メチレンブルー]]によって青黒色となる。 なお、[[岩石学]]などでは岩石の組成を酸化物の比率で表記することが一般的であり、二酸化ケイ素をケイ酸ということもある。この二酸化ケイ素の含有量の多いのものは一般的に[[有色鉱物]]が少なく「酸性岩」と呼ばれ、[[花崗岩]]が典型的な例である。二酸化ケイ素が少なく有色鉱物の多いものは「塩基性岩」と呼ばれ、[[玄武岩]]が代表的。さらに二酸化ケイ素含有量が少なく[[酸化マグネシウム]]の含有量の多いものは「超塩基性岩」と呼ばれる。 === 水溶液中の電離平衡 === オルトケイ酸は化学式の上からは4価の酸と考えられるが、確からしい[[酸解離定数]]が測定されているのは1段目のみで、2段目以降は極めて弱く、正確な測定は困難である。塩基性溶液中では[[ラマンスペクトル]]によれば{{chem|H|2|SiO|4|2−}}のような化学種を含んでいることが示されているが、[[水素イオン指数|pH]]および濃度によっては重合したポリケイ酸イオンも存在する<ref name=Cotton> FA コットン, G. ウィルキンソン著, 中原 勝儼訳 『コットン・ウィルキンソン無機化学』 培風館、1987年，原書：F. ALBERT COTTON and GEOFFREY WILKINSON, Cotton and Wilkinson ADVANCED INORGANIC CHEMISTRY A COMPREHENSIVE TEXT Fourth Edition, INTERSCIENCE, 1980.</ref>。 : <chem>H4SiO4(aq) \ <=> \ {H^+(aq)} + H3SiO4^-(aq)</chem>, <math>\mbox{p}K_{a1} = 9.86 \,</math> <chem>H3SiO4^-(aq) \ <=> \ {H^+(aq)} + H2SiO4^{2-}(aq)</chem>, <math>\mbox{p}K_{a2} = 13.1 \,</math> : <chem>H2SiO4^{2-}(aq) \ <=> \ {H^+(aq)} + HSiO4^{3-}(aq)</chem> <chem>{HSiO4^{3-}(aq)} \ <=> \ {H^+(aq)} + SiO4^{4-}(aq)</chem> == ケイ酸イオン == {{See also|ケイ酸塩#ケイ酸イオン}} <div style="float:right">[[Image:Silicate-tetrahedron-2D.png|120px]]</div><div style="float:right">[[Image:Silicate-tetrahedron-3D.png|100px]]</div> 最も簡単な構造のものは'''オルトケイ酸イオン'''（—さん—、orthosilicate, {{chem|SiO|4|4−}}）であり、形式的にはオルトケイ酸の四段目解離により生成するが、水溶液中ではたとえ強塩基性であってもこのようなイオンは確認されず、[[マグネシウム]]塩すなわち[[橄欖石]]のような天然[[鉱物]]中に存在し、'''ネソケイ酸塩'''と呼ばれる。正四面体型構造で、鉄橄欖石結晶中においてSi−O結合距離は164pmである。 <div style="float:right">[[Image:Silicate-double-tetrahedra-2D.png|120px]]</div><div style="float:right">[[Image:Silicate-double-tetrahedra-3D-vdW.png|100px]]</div> 縮合して2個の{{chem|SiO|4}}四面体を酸素で架橋した二ケイ酸イオン({{chem|Si|2|O|7|6−}})を含む鉱物は'''ソロケイ酸塩'''と呼ばれ[[緑簾石]]などがある。 [[Image:Silicate-double-chain-3D-vdW.png|right|200px|Silicate-double-chain]] さらに{{chem|SiO|4}}四面体が鎖状に結合した'''イノケイ酸塩'''({{chem|(SiO|3|)|n|2n−}}, {{chem|(Si|4|O|11|)|n|6n−}})、環状構造の'''サイクロケイ酸塩'''{{chem|((SiO|3|)|6|12−)}}、層状構造の'''フィロケイ酸塩'''({{chem|(Si|2|O|5|)|n|2n−}})および三次元構造の'''テクトケイ酸塩'''({{chem|(AlxSi|4-x|O|8|)|n|xn−}})が存在する。 == ケイ酸塩 == {{main|ケイ酸塩}} '''ケイ酸塩'''（—さんえん、silicate）はケイ酸イオンを含む[[イオン結晶]]であり、多くの鉱物の成分となるものである。 二酸化ケイ素と[[炭酸ナトリウム]]または[[水酸化ナトリウム]]を高温で融解するとケイ酸ナトリウムが得られるが、これはオルトケイ酸ナトリウム（Na<sub>4</sub>SiO<sub>4</sub>）その他のケイ酸塩の混合物であり、ケイ酸ナトリウムの濃厚水溶液を[[オートクレーブ]]中で加熱処理すると水飴状の粘度の高い液体が得られ、'''[[水ガラス]]'''（みず—）と呼ばれる。 == 海洋での生成 == [[file:Annual mean sea surface silicic acid (World Ocean Atlas 2009).png|thumb|2009年の外洋表層でのケイ酸濃度<ref>http://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOA09/pr_woa09.html</ref>]] 海洋では、その表層近くで二酸化ケイ素から[[水和]]プロセスによってケイ酸が生成し : <chem>{SiO2} + 2H2O \ <=> \ H4SiO4</chem> 北極・南極での沈み込みによって深海へ輸送される。人間活動による擾乱を受けることもあるが、表層のケイ酸濃度の上昇は、ケイ酸が自発的に二酸化ケイ素と水に分解することで抑制されている。ケイ酸は主にオルトケイ酸 (H<sub>4</sub>SiO<sub>4</sub>) の形で存在し、その[[生物地球化学的循環]]は[[珪藻]]によって制御されている<ref name=siever91>Siever, R. (1991). Silica in the oceans: biological-geological interplay. In: Schneider, S. H., Boston, P. H. (eds.), ''Scientists On Gaia'', The MIT Press, Cambridge MA, USA, pp. 287-295.</ref><ref name=treg95>Treguer, P., Nelson, D. M., Van Bennekom, A. J., DeMaster, D. J., Leynaert, A. and Queguiner, B. (1995). [http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/268/5209/375 The silica balance in the world ocean: A reestimate]. ''Science'' '''268''', 375-379.</ref>。珪藻はケイ酸を[[重合]]させて{{仮リンク|生物源シリカ|en|biogenic silica}}とし、その[[細胞壁]]（{{仮リンク|フラスチュール|en|Frustule}}）の素材とする。 == 生理作用 == [[アルミニウム]]と[[アルツハイマー型認知症]]の関連については長年調査が続けられているが、その一環として、消化管からのアルミニウム吸収を抑制し、腎排泄を促進するためにケイ酸入り飲料を用いることが検討されている<ref name="pmid16988476">{{cite journal |author=Exley C, Korchazhkina O, Job D, Strekopytov S, Polwart A, Crome P |title=Non-invasive therapy to reduce the body burden of aluminium in Alzheimer's disease |journal=J. Alzheimers Dis. |volume=10 |issue=1 |pages=17-24; discussion 29-31 |year=2006 |pmid=16988476 |doi=}}</ref><ref name="pmid17697731">{{cite journal |author=González-Muñoz MJ, Peña A, Meseguer I |title=Role of beer as a possible protective factor in preventing Alzheimer's disease |journal=Food Chem. Toxicol. |volume=46 |issue=1 |pages=49-56 |year=2008 |pmid=17697731 |doi=10.1016/j.fct.2007.06.036}}</ref><ref name="pmid18096288">{{cite journal |author=Gonzalez-Muñoz MJ |title=Beer consumption reduces cerebral oxidation caused by aluminum toxicity by normalizing gene expression of tumor necrotic factor alpha and several antioxidant enzymes |journal=Food Chem. Toxicol. |volume=46 |issue=3 |pages=1111-8 |year=2008 |pmid=18096288 |doi=10.1016/j.fct.2007.11.006 |author-separator=, |author2=Meseguer I |author3=Sanchez-Reus MI |display-authors=3 |last4=Schultz |first4=A |last5=Olivero |first5=R |last6=Benedi |first6=J |last7=Sanchezmuniz |first7=F}}</ref>。 また、[[in vitro]]でのヒト骨芽細胞様細胞を用いた研究で、オルトケイ酸の細胞内への蓄積は、I型[[コラーゲン]]の合成と骨芽細胞への分化を促進することが示された<ref name="pmid12633784">{{cite journal |author=Reffitt DM |title=Orthosilicic acid stimulates collagen type 1 synthesis and osteoblastic differentiation in human osteoblast-like cells in vitro |journal=Bone |volume=32 |issue=2 |pages=127-35 |year=2003 |pmid=12633784 |doi=10.1016/S8756-3282(02)00950-X |author-separator=, |author2=Ogston N |author3=Jugdaohsingh R |display-authors=3 |last4=Cheung |first4=H.F.J |last5=Evans |first5=B.A.J |last6=Thompson |first6=R.P.H |last7=Powell |first7=J.J |last8=Hampson |first8=G.N}}</ref>。 [[栄養補助食品]]として、[[コリン (栄養素)|コリン]]安定化オルトケイ酸が利用できる。この物質には、皮膚・爪・毛髪の脆化を防ぎ、機械的強度を維持する作用がある<ref name="pmid17960402">{{cite journal |author=Wickett RR |title=Effect of oral intake of choline-stabilized orthosilicic acid on hair tensile strength and morphology in women with fine hair |journal=Arch. Dermatol. Res. |volume=299 |issue=10 |pages=499-505 |year=2007 |pmid=17960402 |doi=10.1007/s00403-007-0796-z |author-separator=, |author2=Kossmann E |author3=Barel A |display-authors=3 |last4=Demeester |first4=N. |last5=Clarys |first5=P. |last6=Vanden Berghe |first6=D. |last7=Calomme |first7=M.}}</ref><ref name="pmid16205932">{{cite journal |author=Barel A |title=Effect of oral intake of choline-stabilized orthosilicic acid on skin, nails and hair in women with photodamaged skin |journal=Arch. Dermatol. Res. |volume=297 |issue=4 |pages=147-53 |year=2005 |pmid=16205932 |doi=10.1007/s00403-005-0584-6 |author-separator=, |author2=Calomme M |author3=Timchenko A |display-authors=3 |last4=Paepe |first4=K. De. |last5=Demeester |first5=N. |last6=Rogiers |first6=V. |last7=Clarys |first7=P. |last8=Vanden Berghe |first8=D.}}</ref><ref name="pmid17763607">{{cite journal |author=Scheinfeld N, Dahdah MJ, Scher R |title=Vitamins and minerals: their role in nail health and disease |journal=J Drugs Dermatol |volume=6 |issue=8 |pages=782-7 |year=2007 |pmid=17763607 |doi=}}</ref>。また、高齢の卵巣摘出ラットを用いた実験では、大腿骨の骨減少を一部抑制することが示され<ref name="pmid16604283">{{cite journal |author=Calomme M |title=Partial prevention of long-term femoral bone loss in aged ovariectomized rats supplemented with choline-stabilized orthosilicic acid |journal=Calcif. Tissue Int. |volume=78 |issue=4 |pages=227-32 |year=2006 |pmid=16604283 |doi=10.1007/s00223-005-0288-0 |author-separator=, |author2=Geusens P |author3=Demeester N |display-authors=3 |last4=Behets |first4=G. J. |last5=d’Haese |first5=P. |last6=Sindambiwe |first6=J. B. |last7=Hoof |first7=V. |last8=Berghe |first8=D. Vanden}}</ref>、仔牛に対して用いた場合でもコラーゲン量の上昇が観察された<ref name="pmid9164661">{{cite journal |author=Calomme MR, Vanden Berghe DA |title=Supplementation of calves with stabilized orthosilicic acid. Effect on the Si, Ca, Mg, and P concentrations in serum and the collagen concentration in skin and cartilage |journal=Biol Trace Elem Res |volume=56 |issue=2 |pages=153-65 |year=1997 |pmid=9164661 |doi=10.1007/BF02785389}}</ref>。骨減少症のヒト女性においても、骨のコラーゲン形成によい影響を与える可能性がある<ref name="pmid18547426">{{cite journal |author=Spector TD |title=Choline-stabilized orthosilicic acid supplementation as an adjunct to Calcium/Vitamin D3 stimulates markers of bone formation in osteopenic females: a randomized, placebo-controlled trial |journal=BMC Musculoskelet Disord |volume=9|pages=85 |year=2008 |pmid=18547426 |pmc=2442067 |doi=10.1186/1471-2474-9-85 |url= |author-separator=, |author2=Calomme MR |author3=Anderson SH |display-authors=3 |last4=Clement |first4=Gail |last5=Bevan |first5=Liisa |last6=Demeester |first6=Nathalie |last7=Swaminathan |first7=Rami |last8=Jugdaohsingh |first8=Ravin |last9=Berghe |first9=Dirk}}</ref>。 == 参考文献 == {{Reflist|2}} == 関連項目 == * [[ケイ酸塩]] * [[ケイ酸塩鉱物]] * [[ケイ酸ナトリウム]] * [[珪肺]] {{水素の化合物}} {{ケイ素の化合物}} {{DEFAULTSORT:けいさん}} [[Category:無機化合物]] [[Category:ケイ素の化合物]] [[Category:オキソ酸]]
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