二酸化ケイ素のソースを表示

{{Redirect|シリカ|}}
{{Chembox
|出典=
|画像ファイル=QuartzUSGOV.jpg
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|IUPAC名=二酸化ケイ素
|別称=[[石英]]、シリカ、無水ケイ酸
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{{Chembox Identifiers
|CAS番号=7631-86-9
|CASNo_Comment=(シリカ)
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|CASNo1=14808-60-7
|CASNo1_Comment=([[石英]])
|CASNo1_Ref=<ref>{{ICSC-ref|0808}}</ref>
|CASNo2=14464-46-1
|CASNo2_Comment=([[クリストバライト]])
|CASNo2_Ref=<ref name="mhlw">{{Cite web|和書|title=シリカ(結晶質、非晶質を包含した二酸化ケイ素)|work=職場の安全サイト|publisher=厚生労働省|date=2016年3月|url=https://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen/gmsds/7631-86-9.html|accessdate=2018-02-20}}</ref>
|CASNo3=15468-32-3
|CASNo3_Comment=([[鱗珪石]])
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|CASNo4_Comment=([[シリカゲル]]、[[沈降シリカ]])
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|CASNo5_Comment=([[石英ガラス]])
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|日化辞番号= J43.598H
|KEGG1 = C19572
|KEGG1_Comment = (非晶質)
|KEGG2 = C16459
|KEGG2_Comment = (石英)
|KEGG3 = D06521
|KEGG3_Comment = (無水)
|PubChem=
|SMILES=
}}
|Section2={{Chembox Properties
|化学式=SiO<sub>2</sub>
|モル質量=60.1 g/mol
|外観=白色の粉末
|密度=2.196 g/cm<sup>3</sup> ([[石英ガラス]])<ref name="CRC">{{cite book|title=CRC Handbook of Chemistry and Physics|page=4-88(2470,viterous)|edition=92nd|year=2011-2012|isbn=978-1-4398-5512-6}}</ref><br/>結晶の密度は記事中の結晶構造の表を参照。
|MeltingPtC=1650
|Melting_notes=±75℃
|BoilingPtC=2230
|溶解度=0.012 g/100 mL ( °C)
}}
|Section3={{Chembox Hazards
|ExternalSDS = {{ICSC-small|0808}}([[石英]])<br/>{{ICSC-small|0809}}([[クリストバライト]])<br/>{{ICSC-small|0807}}([[鱗珪石]])<hr/>[https://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen/gmsds/14808-60-7.html 結晶質シリカ(石英)]<br/>[https://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen/gmsds/14464-46-1.html 結晶質シリカ (クリストバライト)]<br/>[https://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen/gmsds/15468-32-3.html 結晶質シリカ (トリジマイト)]<br/>[https://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen/gmsds/112926-00-8.html 非晶質シリカ (シリカゲル、沈降シリカ)]<br/>[https://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen/gmsds/60676-86-0.html 非晶質シリカ (石英ガラス)]
|主な危険性=
|眼への危険性=場合によっては危険性がある。
|皮膚への危険性=
|NFPA-H=0
|NFPA-F=0
|NFPA-R=0
|NFPA-O=
|引火点=
|発火点=
}}
}}
'''二酸化ケイ素'''（にさんかけいそ、{{Lang-en|silicon dioxide}}）は、[[化学式]]{{chem|SiO|2}}で表される[[ケイ素]]の[[酸化物]]で、[[地殻]]を形成する[[物質]]の一つとして重要である。'''シリカ'''（{{lang-en|[[w:silica|silica]]}}<ref>{{Cite book|和書|author = [[文部省]]編|title = [[学術用語集]] 海洋学編|url = http://sciterm.nii.ac.jp/cgi-bin/reference.cgi|year = 1981|publisher = [[日本学術振興会]]|isbn = 4-8181-8154-4|pages = }}</ref>）、'''無水ケイ酸'''、'''[[ケイ酸]]'''、'''酸化シリコン'''とも呼ばれる。純粋な二酸化ケイ素は[[無色]][[透明]]であるが、[[自然界]]には[[不純物]]を含む[[有色鉱物|有色]]のものも存在する。代表的なシリカ鉱物は[[石英]]（{{lang-en|[[w:quartz|quartz]]}}、水晶）であるが、それ以外にも[[圧力]]、[[温度]]の条件等の違いにより多様な結晶相（結晶[[多形]]）が生成され、[[自然]]界では[[長石]]類に次いで産出量が多い。[[マグマ]]の粘性を左右する物質でもある。[[鉱物]]以外では植物 (イネ・スギナ・サトウキビなど) にも含有され、生体内にも微量ながら含まれている。

== 性質 ==
二酸化ケイ素は[[石英]]などの鉱物に代表される結晶性二酸化ケイ素と、[[シリカゲル]]・未焼成の[[珪藻土]]や[[生物]]中に存在する非結晶性 ([[アモルファス]]) 二酸化ケイ素の2つに大別される。結晶性二酸化ケイ素は[[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おり、圧力や温度などの生成条件の違いにより様々な形（結晶多形）をとる。

=== 結晶多形 ===
二酸化ケイ素は温度や圧力をかけると結晶構造が変化する（相変態を起こす）。結晶構造などは次の一覧項で説明する。
*'''温度を上昇させた時の相変化'''
:常温常圧下ではα–石英が安定だが、二酸化ケイ素は温度変化によって相変化を起こす。
:以下に示す温度は常圧での温度であり、溶剤や圧力等により変化する<ref>熱とエネルギーを科学する 171p ISBN 4501419008</ref><ref>鈴木隆夫、荒堀忠久、「[https://doi.org/10.2109/jcersj1950.89.1036_637 ケイ石耐火物におけるトリジマイトからクリストバライトへの転移に及ぼす{{chem|Al|2|O|3}}の影響]」『窯業協會誌』 89巻 (1981) 1036号 p.637-642, {{doi|10.2109/jcersj1950.89.1036_637}}</ref>。
::'''α–石英''' (573℃) →'''β–石英''' (870℃) → '''β–[[鱗珪石|トリディマイト]]''' (1470℃) → '''β–[[クリストバライト]]''' (1705℃) → 溶解
:β–石英は高純度であればβ–トリディマイトを経由せずにβ–クリストバライトに直接[[相転移]]する<ref>{{Cite journal|author=Heaney, Peter J. |title=Structure and chemistry of the low-pressure silica polymorphs |journal=Reviews in Mineralogy and Geochemistry |volume=29 |issue=1 |pages=1-40 |year=1994 |month=01 |ISSN=1529-6466 |ISBN=9781501509698 |doi=10.1515/9781501509698 |url=https://pubs.geoscienceworld.org/msa/rimg/article/29/1/1/110558/Structure-and-chemistry-of-the-low-pressure-silica}}</ref>。
:実際にはβ–石英を870℃以上に加熱しても、通常トリディマイトやクリストバライトに変化せず、[[準安定状態]]を保ったまま最終的に融解する<ref name=keio>{{Cite journal|和書|author=大場茂, 大橋淳史 |title=右水晶と左水晶の区別 |journal=慶應義塾大学日吉紀要 自然科学 |ISSN=09117237 |publisher=慶應義塾大学日吉紀要刊行委員会 |year=2009 |issue=46 |pages=13-41 |naid=120001747528 |url=https://koara.lib.keio.ac.jp/xoonips/modules/xoonips/detail.php?koara_id=AN10079809-20090930-0013}}</ref>。これは相転移の[[活性化エネルギー]]が高いためである<ref group="注">いずれの結晶も{{chem|SiO|4}}四面体が酸素原子を共有して3次元ネットワーク構造を形成しているが、その連結方法が結晶多形ごとに異なり、構造の組み替えが容易に起こらない</ref>。
:上記の理由で工業的にもβ–石英の融解温度は転移温度以上に設定するが、融点未満とすることが多い (例：1550℃)。これは工業原料は[[粘土]]やアルカリといった不純物が含まれており、これらが石英の融解を補助するためである。

*'''温度を下げた時の相変化'''
:β–トリディマイトを急速に冷却すると、114℃で'''α-トリディマイト'''となる。
:β–クリストバライトを急速に冷却すると、270℃で'''α-クリストバライト'''となる。

*'''圧力による相変化'''
:500℃から800℃、2～3 G[[パスカル (単位)|Pa]]以上になると'''[[コーサイト]]'''に<ref>{{cite journal |last=Coes |first=L. Jr. |date=31 July 1953|title=A New Dense Crystalline Silica |journal=Science |volume=118 |issue=3057 |pages=131–132 |doi=10.1126/science.118.3057.131 |pmid=17835139|bibcode = 1953Sci...118..131C}}</ref><ref>{{cite book|author=Robert M. Hazen|title=The Diamond Makers|url=https://books.google.com/books?id=fNJQok6N9_MC&pg=PA91|accessdate=6 June 2012|date=22 July 1999|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-0-521-65474-6|pages=91–}}</ref>、1200℃10 GPa以上で'''[[スティショバイト]]'''に転移する<ref>{{cite journal|doi=10.1016/j.epsl.2007.04.041|title=Inclusions of nanocrystalline hydrous aluminium silicate "Phase Egg" in superdeep diamonds from Juina (Mato Grosso State, Brazil) |year=2007 |last1=Wirth |first1=R|last2=Vollmer|first2=C|last3=Brenker|first3=F|last4=Matsyuk|first4=S|last5=Kaminsky|first5=F|journal=Earth and Planetary Science Letters|volume=259|pages=384 |bibcode=2007E&PSL.259..384W|issue=3–4}}</ref>。
::いずれも常温・常圧下では[[準安定状態]]で、[[隕石]]の[[クレーター]]から発見されている<ref name="Fleischer1962">{{cite journal |last1=Fleischer |first1=Michael|year=1962|title=New mineral names |journal=American Mineralogist |volume=47 |issue=2 |pages=172–174 |publisher=Mineralogical Society of America |doi= |url=http://rruff.info/uploads/AM47_805.pdf |accessdate=  |format=PDF}}</ref><ref>{{cite journal|doi=10.1126/science.132.3421.220|title=First Natural Occurrence of Coesite|year=1960|last1=Chao|first1=E. C. T.|last2=Shoemaker|first2=E. M.|last3=Madsen|first3=B. M.|journal=Science|volume=132|pages=220–2|pmid=17748937|issue=3421|bibcode=1960Sci...132..220C}}</ref>。
::コーサイトの生成条件は地球の深度70 km以下に相当し、実際に深部まで潜った岩石が上昇してきた[[変成岩#広域変成岩|超高圧変成岩]]で見つかっている<ref>{{cite journal| author=O'Brien, P.J., N. Zotov, R. Law, M.A. Khan and M.Q. Jan |year=2001|title= Coesite in Himalayan eclogite and implications for models of India-Asia collision|journal= Geology |volume=29|pages= 435–438| doi=10.1130/0091-7613(2001)029<0435:CIHEAI>2.0.CO;2| issue=5|bibcode = 2001Geo....29..435O }}</ref><ref>{{cite journal|author1=Schertl, H.-P.  |author2=Okay, A.I. |year=1994|title= A coesite inclusion in dolomite in Dabie Shan, China: petrological and rheological significance|url=http://eurjmin.geoscienceworld.org/content/6/6/995.short|journal= Eur. J. Mineral.|volume= 6|pages= 995–1000|issue=6|doi=10.1127/ejm/6/6/0995}}</ref>。
::[[マントル]]遷移層から下部マントル程度の高圧条件下では[[スティショバイト]]構造が安定だと考えられている<ref>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. [http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=826355 Mineral assemblages of basalt in the lower mantle] Journal of geophysical research A. 2000, vol. 105, n° B11, pp. 26037-26043</ref><ref>[http://www.geo.arizona.edu/xtal/geos306/fall06-11.htm eos 306, Fall 2006, Lecture 11, The Lower Mantle]</ref><ref>八木健彦、近藤忠、宮島延吉、亀卦川卓美、 {{PDFlink|[https://www2.kek.jp/imss/pf/pfnews/20_3/yagiweb.pdf "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 p.15, NOV. 2002</ref>。
:'''{{仮リンク|ザイフェルト石|en|Seifertite}}'''は、既知の多形の中で最も高い圧力 (40 GPa) で発見されている。
::実験室以外では、[[月隕石]]か[[火星隕石]]でのみ見つかっている (地球への隕石では大気による減速で、ほとんど40 GPaに至らない)<ref>{{cite journal|doi=10.1127/0935-1221/2008/0020-1812|title=Seifertite, a dense orthorhombic polymorph of silica from the Martian meteorites Shergotty and Zagami|year=2008|last1=Goresy|first1=Ahmed El|last2=Dera|first2=Przemyslaw|last3=Sharp|first3=Thomas G.|last4=Prewitt|first4=Charles T.|last5=Chen|first5=Ming|last6=Dubrovinsky|first6=Leonid|last7=Wopenka|first7=Brigitte|last8=Boctor|first8=Nabil Z.|last9=Hemley|first9=Russell J.|journal=European Journal of Mineralogy|volume=20|issue=4|pages=523}} [http://www.schweizerbart.de/resources/downloads/paper_previews/58172.pdf First page preview]</ref><ref>{{cite journal|author1=Dera P |author2=Prewitt C T |author3=Boctor N Z |author4=Hemley R J |journal=American Mineralogist |volume=87|year=2002|page=1018|title=Characterization of a high-pressure phase of silica from the Martian meteorite Shergotty|url=http://rruff.geo.arizona.edu/AMS/authors/Boctor%20N%20Z}}</ref>。

=== 自然界におけるシリカ ===
自然界では[[ケイ素]]は多くの場合シリカとして存在し、最も一般的に見られるのは石英である。また、[[砂]]の主成分であり、[[ガラス]]の原料となる[[珪砂]]や[[珪石]]もシリカからなる<ref>{{Cite report|和書| author = エネルギー・金属鉱物資源機構（JOGMEC）| title = 鉱物資源マテリアルフロー 2021 32.ケイ素（Si）| date = 2023-01-16| url =https://mric.jogmec.go.jp/wp-content/uploads/2023/01/material_flow2021_Si.pdf| ref = harv}}</ref>。[[地殻]]内にはシリカが大量に含まれており、[[地球]]の表層の約6割がシリカを含む鉱物によって構成されている{{要出典|date=2024年8月}}。

天然水や水道水にも含まれており、含有量は湧水や地下水は多く、雨の混じるダム水や河川水は少ない傾向にある。また、水の味にも影響し含有量が多いほうが美味しくないと感じる傾向にある<ref name=池2016>{{Cite journal|和書| author = 池 晶子| author2 =山本 紗由美| author3 =川瀬 雅也| year = 2016| title =水道水のミネラル成分および物性によるグループ化と味の評価に関与する要因の抽出| journal =日本調理科学会誌| volume =49| issue =1| pages = 74-81| publisher =日本調理科学会| doi =10.11402/cookeryscience.49.74| ref = harv}}</ref>。

=== 生物学上のシリカ ===
生物の中には、二酸化ケイ素の形でガラス質の[[骨格]]や[[殻]]を形成するものがあり、一部の[[シダ植物]]、[[イネ科]]の[[植物]]、[[コケ植物]]などの[[プラント・オパール]]や、[[ケイソウ]]類、[[放散虫]]などの骨格、[[枯草菌]]が作る[[芽胞]]などに利用されている。また、植物一般において成長促進や環境ストレスの低減、病害虫への耐性向上の効果がある。（''植物について詳しくは[[栄養素_(植物)#ケイ素]]参照''）

=== 人体中のシリカ ===
人体においてシリカはほとんど吸収されず、[[肝臓]]や[[腎臓]]への蓄積もほとんど行われない。水が付加したオルトケイ酸が血中に約1μg/mlの割合で吸収されるが、タンパク質とは反応せず、大部分が尿中に排泄される。<ref>{{cite report|title=食品添加物ケイ酸カルシウム｜食品安全委員会|url=https://www.mhlw.go.jp/shingi/2007/08/dl/s0809-5g.pdf|year=2007|accessdate=2021年11月25日}}</ref>

食品からの摂取が困難なことから、体内のシリカ濃度は年齢を重ねると減少していく。

体内のシリカ濃度は、30代になると生まれた時に比べ半分以下になることから、シリカが加齢に関わっていると考えられている<ref>{{Cite book |title=Biochemistry of Silicon and Related Problems |url=https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4613-4018-8 |doi=10.1007/978-1-4613-4018-8 |language=en}}</ref>。

== 結晶構造 ==
{|class="wikitable"
|+SiO<sub>2</sub>の結晶構造<ref>Holleman, A. F.; Wiberg, E. (2001), Inorganic Chemistry, San Diego: Academic Press, ISBN 0-12-352651-5</ref>
|-
!相
!結晶対称性<br/>[[ピアソン記号]], [[:en:List_of_space_groups|group No.]]
!密度, ρ<br />g/cm<sup>3</sup>
!注釈
!構造
|-
|α-石英<br/>α-quartz
|[[三方晶系]] <br/>hP9, P3<sub>1</sub>21 No.152<ref>{{cite journal|journal=[[Journal of Applied Physics]] |year=1982|volume=53|pages=6751–6756|title=Crystal structure and thermal expansion of a-quartz SiO<sub>2</sub> at low temperature|author1=Lager G. A. |author2=Jorgensen J. D. |author3=Rotella F.J. |doi=10.1063/1.330062|issue=10|bibcode = 1982JAP....53.6751L }}</ref>
| 2.648
| [[鏡像異性体]]があり、それぞれ左右方向への３回らせん軸対称<br/>573℃でβ-石英に変態
|[[File:a-quartz.png|100px]]
|-
|β-石英<br/>β-quartz
|[[六方晶系]]<br/>hP18, P6<sub>2</sub>22, No. 180<ref>{{cite journal |doi=10.1016/0022-4596(81)90449-7 |title=The structure of quartz at 25 and 590&nbsp;°C determined by neutron diffraction |year=1981 |last1=Wright |first1=A. F. |last2=Lehmann |first2=M. S. |journal=Journal of Solid State Chemistry |volume=36 |issue=3 |pages=371–80|bibcode = 1981JSSCh..36..371W }}</ref>
| 2.533
| [[鏡像異性体]]があり、それぞれ左右方向への6回らせん軸対称
|[[File:b-quartz.png|100px]]
|-
|α-トリディマイト<br/>α-tridymite
|[[直方晶系]]・[[単斜晶系]]<ref name=keio/><br/>oS24, C222<sub>1</sub>, No.20<ref name=trid>{{cite journal |doi=10.1524/zkri.1986.177.1-2.27 |title=Structural change of orthorhombic-Itridymite with temperature: A study based on second-order thermal-vibrational parameters |year=1986 |last1=Kihara |first1=Kuniaki |last2=Matsumoto |first2=Takeo |last3=Imamura |first3=Moritaka |journal=Zeitschrift für Kristallographie |volume=177 |pages=27–38|bibcode = 1986ZK....177...27K }}</ref>
| 2.265
| 常圧下で準安定状態
|[[File:a-tridymite.png|100px]]
|-
|β-トリディマイト<br/>β-tridymite
| 六方晶系<br/>hP12, P6<sub>3</sub>/mmc, No. 194<ref name=trid/>
|
| α-トリディマイトと相互に速やかに変態する<br/>β-トリディマイトは2010Kでβ-クリストバライトに変態する
|[[File:b-tridymite.png|100px]]
|-
|α-クリストバライト<br/>α-cristobalite
|[[正方晶系]]<br/>tP12, P4<sub>1</sub>2<sub>1</sub>2, No. 92<ref>{{Cite journal|author=DownsR. T., PalmerD. C. |title=The pressure behavior of α cristobalite |journal=[[American Mineralogist]] |volume=79 |issue=1-2 |pages=9-14 |year=1994 |month=02 |ISSN=0003-004X |eprint=https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article-pdf/79/1-2/9/4209133/am79\_9.pdf |format=PDF}}</ref>
| 2.334
| 常圧下で準安定状態
|[[File:a-cristobalite.png|100px]]
|-
|β-クリストバライト<br/>β-cristobalite
|[[立方晶系]]<br/>cF104, Fd<u style="text-decoration:overline">3</u>m, No.227<ref>{{cite journal |doi=10.1080/00318087508228690 |title=The structures of the β-cristobalite phases of SiO<sub>2</sub> and AlPO<sub>4</sub> |year=1975 |last1=Wright |first1=A. F. |last2=Leadbetter |first2=A. J. |journal=[[Philosophical Magazine]] |volume=31 |issue=6 |pages=1391–401 |bibcode=1975PMag...31.1391W}}</ref>
|
| α-クリストバライトと相互に速やかに変態する<br/>1978 Kで溶融する
|[[File:b-cristobalite.png|100px]]
|-
|{{仮リンク|キータイト|en|keatite}}
| 正方晶系<br/>tP36, P4<sub>1</sub>2<sub>1</sub>2, No. 92<ref>{{cite journal |doi=10.1524/zkri.1959.112.1-6.409 |title=The crystal structure of keatite, a new form of silica |year=1959 |last1=Shropshire |first1=Joseph |last2=Keat |first2=Paul P. |last3=Vaughan |first3=Philip A. |journal=Zeitschrift für Kristallographie |volume=112 |pages=409–13|bibcode = 1959ZK....112..409S }}</ref>
| 3.011
| Si<sub>5</sub>O<sub>10</sub>, Si<sub>4</sub>O<sub>14</sub>, Si<sub>8</sub>O<sub>16</sub> 環<br/>ガラス状シリカとアルカリから600-900Kおよび40-400MPaで合成
|[[File:keatite.png|100px]]
|-
|[[モガン石]]
|単斜晶系<br/>mS46, C2/c, No.15<ref>{{cite journal |journal=European Journal of Mineralogy |year=1992 |volume=4 |issue=4 |pages=693–706 |title=Crystal structure of moganite: a new structure type for silica |first1=Gerhard |last1=Miehe |first2=Heribert |last2=Graetsch |doi=10.1127/ejm/4/4/0693}}</ref>
|
| {{chem|Si|4|O|8}} と {{chem|Si|6|O|12}}の環
|[[File:Moganite.png|100px]]
|-
|[[コーサイト]]
| 単斜晶系<br/>mS48, C2/c, No.15<ref>{{Cite journal|author=Levien, Louise and Prewitt, Charles T. |title=High-pressure crystal structure and compressibility of coesite |journal=American Mineralogist |volume=66 |issue=3-4 |pages=324-333 |year=1981 |month=04 |ISSN=0003-004X |url=https://www.semanticscholar.org/paper/High-pressure-crystal-structure-and-compressibility-Levien-Prewitt/6d2aa0f4f4b690cd260b699f1884163e36946b6a}}</ref>
| 2.911
| {{chem|Si|4|O|8}} と {{chem|Si|8|O|16}}環<br/> 900 K と3–3.5 GPaで合成
|[[File:coesite.png|100px]]
|-
|[[スティショバイト]]
| 正方晶系<br/>tP6, P4<sub>2</sub>/mnm, No.136<ref>{{cite journal|journal=[[American Mineralogist]] |year=1995|volume=80|pages=454–456|title=H in rutile-type compounds: II. Crystal chemistry of Al substitution in H-bearing stishovite |author1=Smyth J. R. |author2=Swope R. J. |author3=Pawley A. R. |url=https://rruff.geo.arizona.edu/doclib/am/vol80/AM80_454.pdf}}</ref>
| 4.287
| シリカの多形体のうち最も密度の高いものの一つ<br/> [[ルチル|ルチル型構造]]<br/> 7.5–8.5 GPa
|[[File:stishovite.png|100px]]
|-
|{{仮リンク|ザイフェルト石|en|Seifertite}}
| 直方晶系<br/>oP, Pbcn<ref>{{cite journal|author1=Dera P. |author2=Prewitt C. T. |author3=Boctor N. Z. |author4=Hemley R. J. |journal=[[American Mineralogist]] |volume=87|year=2002|page=1018|title=Characterization of a high-pressure phase of silica from the Martian meteorite Shergotty|url=http://rruff.geo.arizona.edu/AMS/authors/Boctor%20N%20Z}}</ref>
| 4.294
| シリカの多形体のうち最も密度の高いものの一つ<br/>40 GPaで得られる<ref>[https://www.mindat.org/min-26715.html Seifertite]. Mindat.org.</ref>
|[[File:SeifertiteStructure.png|100px]]
|-
|{{仮リンク|メラノフログ石|en|melanophlogite}}
| 立方晶系<br/> (cP*, P4<sub>2</sub>32, No.208)<ref name=mel>{{cite journal|journal=[[American Mineralogist]]|year=1963|volume=48|pages=854–867|title=Melanophlogite, a cubic polymorph of silica|author1=Skinner B. J. |author2=Appleman D. E. |url=http://www.minsocam.org/ammin/AM48/AM48_854.pdf}}</ref> <br/>または 正方晶系<br/> (P4<sub>2</sub>/nbc)<ref>{{cite journal |author1=Nakagawa T. |author2=Kihara K. |author3=Harada K. |journal=[[American Mineralogist]] |volume=86|year=2001|page=1506|title=The crystal structure of low melanophlogite|url=https://rruff.geo.arizona.edu/AMS/minerals/Melanophlogite}}</ref>
| 2.04
| {{chem|Si|5|O|10}}, {{chem|Si|6|O|12}} 環<br/> [[包摂化合物]]<ref>{{cite book|author=Rosemarie Szostak|year=1998|title=Molecular sieves: Principles of Synthesis and Identification|publisher=Springer|isbn=0-7514-0480-2|url=https://books.google.com/?id=lteintjA2-MC&printsec=frontcover}}</ref>（青色は[[キセノン]]）<br/>高温相のβ-メラノフログ石がある
|[[File:%D0%9C%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D1%84%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%82_-_%D0%BA%D1%81%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%BD.png|100px]]
|-
| fibrous<br/> W-silica<ref>Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. pp. 393–99. ISBN 0-08-022057-6.</ref>
| 直方晶系<br/>oI12, Ibam, No.72<ref>{{cite journal |doi=10.1002/zaac.19542760110 |title=Über Siliciumchalkogenide. VI. Zur Kenntnis der faserigen Siliciumdioxyd-Modifikation |year=1954 |last1=Weiss |first1=Alarich |last2=Weiss |first2=Armin |journal=Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie |volume=276 |pages=95–112}}</ref>
| 1.97
| [[硫化ケイ素]]の様な鎖状
|[[File:SiS2typeSilica.png|100px]]
|-
| {{lang-en-short|[[w:2D silica|2D silica]]}}<ref>{{cite journal|doi=10.1038/srep03482|pmid=24336488|pmc=3863822|title=Defects in bilayer silica and graphene: common trends in diverse hexagonal two-dimensional systems|journal=[[Scientific Reports]]|volume=3|pages=3482|year=2013|author1=Björkman|first1=T|last2=Kurasch|first2=S|last3=Lehtinen|first3=O|last4=Kotakoski|first4=J|last5=Yazyev|first5=O. V.|last6=Srivastava|first6=A|last7=Skakalova|first7=V|last8=Smet|first8=J. H.|last9=Kaiser|first9=U|last10=Krasheninnikov|first10=A. V.|bibcode=2013NatSR...3E3482B}}</ref>
| 六方晶系
|
| シート状の2次元構造
|[[File:2D silica structure.png|100px]]
|}

== 反応 ==
二酸化ケイ素は[[フッ化水素]]ガス（HF）や[[フッ化水素酸]]（HF (aq)）と反応し、それぞれ[[四フッ化ケイ素]]（SiF<sub>4</sub>）、[[ヘキサフルオロケイ酸]] ({{chem|H|2|SiF|6}})を生ずる。
: <chem>SiO2 + 4HF(gas) -> SiF4 + 2H2O</chem>
: <chem>SiO2 + 6HF(aq) -> H2SiF6 + 2H2O</chem>

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]]({{chem|Na|2|SiO|3}})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。
: <chem>SiO2 + 2NaOH -> Na2SiO3 + H2O</chem>

== 利用 ==
=== 工業分野での利用 ===
[[工業]]生産される二酸化ケイ素でも特に代表的なものはケイ酸を[[ゲル]]化した[[シリカゲル]]（SiO<sub>2</sub>純度99.5%以上）であり、[[乾燥]]剤として食品や[[半導体]]の[[精密機械]]の保存から、[[消臭剤]]、[[農業]][[肥料]]、[[建築]]用[[調湿剤]]などに使われる。電子材料[[基板]]や[[シリコンウェハー]]などの[[研磨材]]などに使用されるコロイダルシリカや、耐熱器具、[[実験器具]]や[[光ファイバー]]の原料として用いられる珪砂、[[珪石]]などを溶融した後冷却し、ガラス化させた[[石英ガラス]]、樹脂の補強、研磨材、医薬品添加剤、[[増粘剤]]、農薬などの沈殿防止剤などに用いられる[[フュームドシリカ]]<ref>落合満、「[https://doi.org/10.11203/jar.5.32 フュームドシリカ]」『エアロゾル研究』 5巻 (1990) 1号 p.32-43, {{doi|10.11203/jar.5.32}}。</ref>、断熱材として用いられる[[エアロゲル#シリカエアロゲル|シリカエアロゲル]]の他、エナメル、シリカ[[セメント]]、[[陶磁器]]、[[タイヤ]]の原料、液体[[クロマトグラフィー]]担体、[[電球]]やCRTディスプレイの表面などの[[表面処理]]剤、[[新聞紙]]の印刷インクの浸透防止など様々な分野において利用されている。陶器などの製造で石英が原材料として使用される<ref>{{Cite journal|和書|author=蒲地伸明 |title=強化磁器食器の衝撃強さ評価方法と製品強さ向上に関する研究 |issue=佐賀大学 博士論文 (工学)、甲第405号 |date=2010-03 |naid=500000512202 |url=http://id.nii.ac.jp/1730/00019616/}}</ref>。タイヤの原料としては、[[沈降シリカ]]がゴムに補強充填剤として配合される。電球に用いられる場合には、電球の内側に、眩しさを防ぎ光を拡散させる目的で[[塗料]]として塗られる<ref>{{Cite book|和書|author=藤瀧和弘 |title=よくわかる電気の基本としくみ : 身近な機器から学ぶ電気の基礎 |publisher=秀和システム |year=2004 |series=How-nual図解入門 |NCID=BA65804368 |ISBN=4798006947 |url=https://ndlsearch.ndl.go.jp/books/R100000002-I000004339426 |page=145}}</ref>。

[[フェロシリコン]]の様な高温プロセスの副産物として得られる{{仮リンク|シリカヒューム|en|Silica fume}}はヒュームドシリカより純度が低いものの、セメントに混ぜる{{仮リンク|ポゾラン|en|Pozzolan}}として利用される。また特殊な利用法として、戦車などの[[複合装甲]]として、セラミックの形で金属の間に挟んだものがある。

金属シリコンを作る際の原料としても用いられる。（炭素還元法：<chem>{SiO2} + 2C -> {Si} + 2CO</chem>）<ref>[https://patents.google.com/patent/WO2013080981A1/ja 高純度金属Ｓｉの製造方法]</ref><ref>福間の無機化学の講義　三訂版 184p</ref>

=== 化粧品・医薬品への添加 ===
微粒二酸化ケイ素は一般的な[[粉体]]と比べた場合、[[吸水性]]が低い。これを利用して、[[アイシャドー]]や[[ファンデーション (化粧品)|ファウンデーション]]といった[[化粧品]]において湿気による固形化を防ぐ役割として使用されるほか、安定化などの目的で[[クリーム (基礎化粧品)|クリーム]]や[[乳液]]に使用される。また[[硬度]]が高いことを利用し、[[歯磨き粉]]に研磨成分として用いられることもある。さらに[[医薬品]]においては、打錠用粉末の流動性を高めたり、錠剤の強度を高めるためのコーティング剤、軟膏・乳液の安定化のために使用されることもある。

=== 食品添加物としての利用 ===
食品添加物は、その吸着性を利用して、[[ビール]]や[[清酒]]、[[みりん]]といった[[醸造物]]や[[食用油]]、[[醤油]]、[[ソース (調味料)|ソース]]などの[[ろ過]]工程に使われるほか、[[砂糖]]、[[缶詰]]などの製造工程にも用いられている。微粒二酸化ケイ素は吸湿・乾燥材としても使用される。とくにふりかけ等の粉形食品には、湿気による“ダマ”を防ぐ目的で添加されることがある。ただし、[[厚生労働省]]の告示の中で「母乳代替食品及び離乳食に使用してはならない」と使用基準が示されている<ref name="MHW">{{Cite web|和書|title=厚生労働省行政情報、添加物使用基準リスト　２、『各添加物の使用基準及び保存基準』|page=二酸化ケイ素|date=2017-06-26|url=https://web.archive.org/web/20130501002910/http://www.ffcr.or.jp/zaidan/MHWinfo.nsf/0/8aa11687a2aaf0c4492570650018d5ba|publisher=公益財団法人日本食品化学研究振興財団|accessdate=2018-02-17 |url-status=dead |url-status-date=2024-09-23}}</ref>。

食品添加物として利用される非結晶性の二酸化ケイ素は、体内で消化吸収されず、その大部分が便中に排出されるため身体に影響はないが、高濃度を長期摂取した場合は有害性が示唆されている<ref name="Starlaine2018"/><ref name="ref2"/>。人体には約1.8gの微量のケイ素が存在し、こうしたケイ素は[[ケイ酸]]など水溶性の化合物として食物から吸収される。

=== 機能性原料 ===
ケイ素は[[必須元素]]ではなくヒトを含め多くの動物の体内には殆ど蓄積しないがラットや鳥など一部の動物には必要とされ体内に蓄積される<ref>{{Cite conference| author = 厚生労働省| title = 資料１－２－１　　食品添加物の指定の可否について　（ケイ酸カルシウム）| conference = 平成１９年１１月　薬事・食品衛生審議会| url = https://www.mhlw.go.jp/shingi/2007/11/dl/s1119-6e_0002.pdf| date = 2007-11-19| language = ja}}</ref>。近年、げっ歯類を使ったシリカの臨床試験及び非臨床試験が行われ、糖尿病・腸内改善・コレステロールの減少・抗酸化作用などが報告されている<ref>{{Cite journal|last=Wu|first=Wei-Yi|last2=Chou|first2=Pei-Li|last3=Yang|first3=Jyh-Chin|last4=Chien|first4=Chiang-Ting|date=2021|title=Silicon-containing water intake confers antioxidant effect, gastrointestinal protection, and gut microbiota modulation in the rodents|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33788857/|journal=PloS One|volume=16|issue=3|pages=e0248508|doi=10.1371/journal.pone.0248508|issn=1932-6203|pmc=8011764|pmid=33788857}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Peluso|first=M. R.|last2=Schneeman|first2=B. O.|date=1994-06|title=A food-grade silicon dioxide is hypocholesterolemic in the diet of cholesterol-fed rats|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8207542/|journal=The Journal of Nutrition|volume=124|issue=6|pages=853–860|doi=10.1093/jn/124.6.853|issn=0022-3166|pmid=8207542}}</ref><ref>{{Cite journal|last=Chen|first=Hsin-Yuan|last2=Chiang|first2=Yi-Fen|last3=Wang|first3=Kai-Lee|last4=Huang|first4=Tsui-Chin|last5=Ali|first5=Mohamed|last6=Shieh|first6=Tzong-Ming|last7=Chang|first7=Hsin-Yi|last8=Hong|first8=Yong-Han|last9=Hsia|first9=Shih-Min|date=2021-07-05|title=Rice Husk Silica Liquid Protects Pancreatic β Cells from Streptozotocin-Induced Oxidative Damage|url=https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34356312/|journal=Antioxidants (Basel, Switzerland)|volume=10|issue=7|pages=1080|doi=10.3390/antiox10071080|issn=2076-3921|pmc=8301121|pmid=34356312}}</ref>。

==== ろ過助剤 ====
二酸化ケイ素の持つ多孔質や吸着能力などを利用して、ろ過用の食品添加物として使用されている。ビールをはじめとした酒類の混濁防止や調味液などのオリ下げ、ビールの泡持ち改善として使用される。こうしたろ過助剤としての二酸化ケイ素は不溶性であるためろ過過程で除去される。

== 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<ref name="USGS_Quartz">[http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/silica/mcs-2008-quart.pdf QUARTZ CRYSTAL (INDUSTRIAL)], [[アメリカ地質調査所]]</ref>。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<ref name="USGS_Sand">[http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/silica/mcs-2008-sandi.pdf SAND AND GRAVEL(INDUSTRIAL)], [[アメリカ地質調査所]]</ref>。

成熟した砂漠の砂にも多く含まれる。{{main|砂漠#砂の組成}}日本国内で年間200万トン以上、世界では年間1億トン以上が排出されているが、これまで未利用資源として産業廃棄物として処理されていた現状がある。最近では、SDGsの観点・グリーンケミストリーの流れから、植物で最も多くシリカを含有する籾殻より効率的にシリカを抽出し、バイオ燃料・LED・サプリメント原料・スキンケア原料・ヘアケア原料として活用する研究もなされている。

== 危険性 ==
=== 結晶質シリカ ===
鉱物由来に代表される結晶質シリカは、粉体状のものを多量に吸入すると[[塵肺]]の一種である[[珪肺]]の原因となる<ref name=IPCS>{{Cite web|和書|date=2006|url=https://www.nihs.go.jp/hse/cicad/full/no24/full24.pdf|title=IPCS UNEP//ILO//WHO 国際化学物質簡潔評価文書 No.24 結晶質シリカ、石英|format=PDF|publisher=国立医薬品食品衛生研究所 安全情報部|accessdate=2012-01-14}}</ref>。鉱石採掘現場での労働災害の事例として1930年代の[[ホークス・ネストトンネル災害]]が挙げられる。石英とは別の結晶多形である[[クリストバライト]]の[[粉塵]]に関しては[[国際がん研究機関]] (IARC) より[[発がん性]]があるとの指摘がされていたが<ref>[https://www.sanei.or.jp/images/contents/290/Silica_crystalline_carcinogenicity.pdf 発がん物質暫定物質(2001) の提案理由]日本産業衛生学会 許容濃度等に関する委員会（2001年4月6日）2018年1月13日閲覧</ref>、1997年および2012年よりヒトに対する発がん性が認められるグループ1に分類されている<ref name="IARC68"/><ref name="IARC100C">{{cite report|title=Silica Dust, Crystalline, in the form of Quartz or Cristobalite|work=IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans|volume=100C|year=2012|publisher=[[国際がん研究機関]](IARC)|url=http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol100C/index.php|accessdate=2018年2月17日}}</ref>。微粉末の曝露が問題であるため、結晶･粒子サイズが大きければリスクは低くなる<ref group="注">例えば、鉱石などの大きな結晶を素手で触れることは問題にはならない。</ref>。

=== 非晶質シリカ===
シリカは体に有害な影響を及ぼすことがあり慢性腎臓病（CKD）など引き起こすことが示唆されている。摂取量として100mg/L以上を長期的に摂取した場合、シリカの酸化ストレスにより持続的DNA損傷により細胞死(MTTアッセイ)を誘発する、一方で80mg/L以下では体の細胞内毒素クリアランス（除去）機能により除去されたことで毒性が予防される<ref name="Starlaine2018">{{Cite journal| author = Starlaine Mascarenhas| author2 =Srikanth Mutnuri| author3 =Anasuya Ganguly| year = 2018| title = Silica - A trace geogenic element with emerging nephrotoxic potential| journal = Science of The Total Environment| volume =645| issue =15| pages =297-317| publisher =Elsevier| doi =10.1016/j.scitotenv.2018.07.075| ref = harv}}</ref>。
また、高濃度の長期摂取でシリカ結石を発症することが報告されており、三ケイ酸マグネシウムの数年間の長期服用や、10ヶ月の乳児が高濃度（172 mg Si/L）の水で粉ミルクを飲んでいたことでシリカ結石を発症したことが報告されている<ref name="ref2">{{Cite report|和書| author = 富田製薬株式会社| author2 = 内閣府 食品安全委員会| title = 第１３４回 添加物専門調査会 ケイ酸カルシウム規格基準概要書| date = 2014-09 | url = https://www.fsc.go.jp/fsciis/attachedFile/download?retrievalId=kai20140929te1&fileId=210| ref = harv}}</ref>。

低濃度では人体へ有害な影響は無いと考えられ、2004年に欧州食品安全機関（EFSA）において、食品から摂取されるケイ素化合物（二酸化ケイ素及び[[ケイ酸塩]]類）について、人に対して有害影響を及ぼさない上限値は算定できないとしつつも、ケイ素換算で一日1人（60 kg 体重）当たり20～50 mgの摂取ならばヒトに対して有害影響を示さないと結論付けている<ref name="ref2" /><ref>{{Cite journal|title=Calcium silicate and silicon dioxide/silicic acid gel added for nutritional purposes to food supplements, Scientific opinion of the panel on food additives and nutrient sources added to food|author=European Food Safety Authority (EFSA)|journal=The EFSA Journal|year=2009|page=1132: 1-24}}</ref>。また、日本においては、食品添加物として二酸化ケイ素を添加する場合、食品に対して2％以下とされ、母乳代用品及び離乳食への使用は禁止されている
<ref>{{Cite web | url = https://www.fsc.go.jp/fsciis/evaluationDocument/show/kya20140829220| title = 評価書詳細 ケイ酸カルシウム| publisher = 内閣府 食品安全委員会| date = 2014-8-29| accessdate = 2024-08-14}}</ref>。

非晶質シリカの発がん性については発がん性に関する実験動物などヒトへの影響に関する証拠が不十分として、発がん性を分類できない「グループ3」に分類されている<ref name="IARC68">{{cite report|title=Silica, Some Silicates, Coal Dust and para-Aramid Fibrils|work=IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans|volume=68|year=1997|page=210-211|publisher=[[国際がん研究機関]](IARC)|url=http://monographs.iarc.fr/ENG/Monographs/vol68/index.php|accessdate=2018年2月17日}}</ref><ref>{{Cite web| url =https://anzeninfo.mhlw.go.jp/anzen/gmsds/112926-00-8.html| title =職場のあんぜんサイト| publisher = 厚生労働省|date=2016-03-31| accessdate = 2024-08-16}}</ref>。

非晶質シリカは人工的に合成されるケースが多いが、自然界由来であっても植物に含まれるシリカは非晶質である。

== 脚注 ==
=== 注釈===
{{Reflist|group="注"}}

=== 出典 ===
{{Reflist|2}}

== 参考文献 ==
* {{Cite book|和書|author = [[黒田吉益]]|coauthors = [[諏訪兼位]]|title = 偏光顕微鏡と岩石鉱物 第2版|year = 1983|publisher = [[共立出版]]|isbn = 4-320-04578-5|pages = 66-72|chapter = 4.1 SiO<sub>2</sub> 鉱物 (Silica minerals)}}
* {{Cite book|和書|author = [[森本信男]]|title = 造岩鉱物学|year = 1989|publisher = [[東京大学出版会]]|isbn = 4-13-062123-8|pages = 191-199|chapter = 10 シリカ鉱物}}
* {{Cite book|authors = Kaufmann, Klaus, D.Sc. |title=Silica: The Amazing Gel: An Essential Mineral for Radiant Health Recovery and Rejuvenation|publisher= Alive Books, New York, NY|year=1998}}
* {{cite book|和書|authors=|translator=木村修一・小林修平 翻訳監修|title=最新栄養学〔第９版〕―専門領域の最新情報―|year=2007|publisher=建帛社}}
* {{cite journal|authors = 篠原也寸志、神山宣彦|title=シリカの物理化学的性質と作業環境測定方法|work=特集「シリカの生体影響」|journal=エアロゾル研究|volume=16|number=4|page=269-274|year=2001|doi=10.11203/jar.16.269|ref="エアロゾル研究"}}

== 関連項目 ==
* [[ケイ酸]]
* [[ケイ酸塩]]（シリケート）
* [[ケイ酸塩鉱物]]
* [[アルミノケイ酸塩]]
* [[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]]
* [[衝撃石英]]
* [[石綿]]（''アスベスト''）
* [[シリカゲル]]
* [[メソポーラスシリカ]]
* [[ゼオライト]]
* [[ギンピ・ギンピ]] - 葉や枝に生えた毛の先端には二酸化ケイ素で出来た中空の構造物がある。
* [[ゾルゲル法]]
* [[モレキュラーシーブ]]
* [[アエロジル]]

== 外部リンク ==
{{Commonscat|Silicon dioxide}}
* {{hfnet|579|ケイ素、ケイ素化合物}}

{{ケイ素の化合物}}
{{Silica minerals}}
{{公害}}
{{Normdaten}}
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{{DEFAULTSORT:にさんかけいそ}}
[[Category:二酸化ケイ素|*]]
[[Category:酸化物]]
[[Category:ケイ素の化合物]]
[[Category:体質顔料]]
[[Category:食品添加物]]