ゼオライト

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沸石

ゼオライト（zeolite）とは、結晶中に微細孔を持つアルミノ珪酸塩の総称である。日本名は沸石（ふっせき）^[1]。もとは天然に産出する鉱物であり、内部に水が含まれているため加熱すると沸騰しているように見えることから、ギリシャ語のzeo（沸騰する）とlithos（石）を合わせてzeoliteと名付けられた。

分子ふるい、イオン交換材、触媒、吸着材として利用されている。現在ではさまざまな性質を持つゼオライトが人工的に合成されており、工業的にも重要な物質となっている。

[編集] 種類

天然に産する沸石は溶岩と水の相互作用により生じ、主に温泉地帯から産出する。枕状溶岩や深海中、そして火山灰の地層と地下水との接触によっても生じる。

1997年、国際鉱物学連合（IMA）の小委員会により、以下のように整理された。

amicite: K₄Na₄[Al₈Si₈O₃₂]・10H₂O、単斜晶系。
アンモニウム白榴石（ammonioleucite）: (NH₄)[AlSi₂O₆]、正方晶系。
方沸石（analcime）: Na[AlSi₂O₆]・H₂O、等軸晶系・正方晶系・斜方晶系・単斜晶系・三斜晶系。
バレル沸石（barrerite）: Na₂[Al₂Si₇O₁₈]・6H₂O、斜方晶系。
bellbergite: (K,Ba,Sr)₂Sr₂Ca₂(Ca,Na)₄[Al₁₈Si₁₈O₇₂]・30H₂O、六方晶系。
bikitaite: Li[AlSi₂O₆]・H₂O、単斜晶系・三斜晶系。
boggsite: Ca₈Na₃[Al₁₉Si₇₇O₁₉₂]・70H₂O、斜方晶系。

brewsterite（系列名）

(Sr,Ba)₂[Al₄Si₁₂O₃₂]・10H₂O、単斜晶系・三斜晶系。
brewsterite-Sr
brewsterite-Ba

菱沸石（chabazite）（系列名）

(Ca_0.5,Na,K)₄[Al₄Si₈O₂₄]・12H₂O、三方晶系・三斜晶系。
灰菱沸石（chabazite-Ca）
ソーダ菱沸石（chabazite-Na）
カリ菱沸石（chabazite-K）
chiavennite: CaMn[Be₂Si₅O₁₃(OH)₂]・2H2O、斜方晶系。

斜プチロル沸石（clinoptilolite）（系列名）

(Na,K,Ca_0.5,Sr_0.5,Ba_0.5,Mg_0.5)₆[Al₆Si₃₀O₇₂]・～20H₂O、単斜晶系。
カリ斜プチロル沸石（clinoptilolite-K）
ソーダ斜プチロル沸石（clinoptilolite-Na）
灰斜プチロル沸石（clinoptilolite-Ca）
コウルス沸石（cowlesite）: Ca[Al₂Si₃O₁₀]・5.3H₂O、斜方晶系。

ダキアルディ沸石（dachiardite）（系列名）

(Ca_0.5,Na,K)_4-5[Al_4-5Si_20-19O₄₈]・13H₂O、単斜晶系。
灰ダキアルディ沸石（dachiardite-Ca）
ソーダダキアルディ沸石（dachiardite-Na）
エディントン沸石（edingtonite）: Ba[Al₂Si₃O₁₀]・4H₂O、斜方晶系・正方晶系。
剥沸石（epistilbite）: (Ca,Na₂)[Al₂Si₄O₁₂]・4H₂O、単斜晶系・三斜晶系。

エリオン沸石（erionite）（系列名）

K₂(Na,Ca_0.5)₈[Al₁₀Si₂₆O₇₂]・30H₂O、六方晶系。
ソーダエリオン沸石（erionite-Na）
カリエリオン沸石（erionite-K）
灰エリオン沸石（erionite-Ca）

faujasite（系列名）

(Na,Ca_0.5,Mg_0.5,K)_x[Al_xSi_12-xO₂₄]・16H₂O、等軸晶系。
faujasite-Na
faujasite-Ca
faujasite-Mg

フェリエ沸石（ferrierite）（系列名）

(K,Na,Mg_0.5,Ca_0.5)₆[Al₆Si₃₀O₇₂]・18H₂O、斜方晶系・単斜晶系。
苦土フェリエ沸石（ferrierite-Mg）
カリフェリエ沸石（ferrierite-K）
ソーダフェリエ沸石（ferrierite-Na）
ガロン沸石（garronite）: NaCa_2.5[Al₆Si₁₀O₃₂]・14H₂O、正方晶系・斜方晶系。
gaultite: Na₄[Zn₂Si₇O₁₈]・5H₂O、斜方晶系。
ギスモンド沸石（gismondine）: Ca[Al₂Si₂O₈]・4.5H₂O、単斜晶系。

グメリン沸石（gmelinite）（系列名）

(Na₂,Ca,K₂)₄[Al₈Si₁₆O₄₈]・22H₂O、六方晶系。
ソーダグメリン沸石（gmelinite-Na）
灰グメリン沸石（gmelinite-Ca）
カリグメリン沸石（gmelinite-K）
ゴビンス沸石（gobbinsite）: Na₅[Al₅Si₁₁O₃₂]・12H₂O、斜方晶系。
ゴナルド沸石（gonnardite）: (Na,Ca)_6-8[(Al,Si)₂₀O₄₀]・12H₂O、正方晶系。
goosecreekite: Ca[Al₂Si₆O₁₆]・5H₂O、単斜晶系。
gottardiite: Na₃Mg₃Ca₅[Al₁₉Si₁₁₇O₂₇₂]・93H₂O、斜方晶系。
重土十字沸石（harmotome）: (Ba_0.5,Ca_0.5,K,Na)₅[Al₅Si₁₁O₃₂]・12H₂O、単斜晶系。

輝沸石（heulandite）（系列名）

(Ca_0.5,Sr_0.5,Ba_0.5,Mg_0.5,Na,K)₉[Al₉Si₂₇O₇₂]・～24H₂O、単斜晶系。
灰輝沸石（heulandite-Ca）
ストロンチウム輝沸石（heulandite-Sr）
ソーダ輝沸石（heulandite-Na）
カリ輝沸石（heulandite-K）
hsianghualite: Li₂Ca₃[Be₃Si₃O₁₂]F₂、等軸晶系。
kalborsite: K₆[Al₄Si₆O₂₀]B(OH)₄Cl、正方晶系。
濁沸石（laumontite）: Ca₄[Al₈Si₁₆O₄₈]・18H₂O、単斜晶系。
白榴石（leucite）: K[AlSi₂O₆]、正方晶系。

レビ沸石（levyne）（系列名）

(Ca_0.5,Na,K)₆[Al₆Si₁₂O₃₆]・～17H₂O、三方晶系。
灰レビ沸石（levyne-Ca）
ソーダレビ沸石（levyne-Na）
lovdarite: K₄Na₁₂[Be₈Si₂₈O₇₂]・18H₂O、斜方晶系。
maricopaite: (Pb₇Ca₂)[Al₁₂Si₃₆(O,OH)₁₀₀]・n(H₂O,OH), n～32、斜方晶系。
mazzite: (Mg_2.5K₂Ca_1.5)[Al₁₀Si₂₆O₇₂]・30H₂O、六方晶系。
merlinoite: K₅Ca₂[Al₉Si₂₃O₆₄]・22H₂O、斜方晶系。
中沸石（mesolite）: Na₁₆Ca₁₆[Al₄₈Si₇₂O₂₄₀]・64H₂O、斜方晶系。
montesommaite: K₉[Al₉Si₂₃O₆₄]・10H₂O、斜方晶系。
mordenite: (Na₂,Ca,K₂)₄[Al₈Si₄₀O₉₆]・28H₂O、斜方晶系。
mutinaite: Na₃Ca₄[Al₁₁Si₈₅O₁₉₂]・60H₂O、斜方晶系。
ソーダ沸石（natrolite）: Na₂[Al₂Si₃O₁₀]・2H₂O、斜方晶系。
offrétite: CaKMg[Al₅Si₁₃O₃₆]・16H₂O、六方晶系。
pahasapaite: (Ca_5.5Li_3.6K_1.2Na_0.2□_13.5)Li₈[Be₂₄P₂₄O₉₆]・38H₂O、等軸晶系。
parthéite: Ca₂[Al₄Si₄O₁₅(OH)₂]・4H₂O、単斜晶系。

paulingite（系列名）

(K,Ca_0.5,Na,Ba_0.5)₁₀[Al₁₀Si₃₂O₈₄]・27-44H₂O、等軸晶系。
paulingite-K
paulingite-Ca
perlialite: K₉Na(Ca,Sr)[Al₁₂Si₂₄O₇₂]・15H₂O、六方晶系。

十字沸石（phillipsite）（系列名）

(K,Na,Ca_0.5,Ba_0.5)_x[Al_xSi_16-xO₃₂]・12H₂O、単斜晶系。
ソーダ十字沸石（phillipsite-Na）
カリ十字沸石（phillipsite-K）
灰十字沸石（phillipsite-Ca）
ポルクス石（pollucite）: (Cs,Na)[AlSi₂O₆]・nH₂O, where (Cs+n)=1、等軸晶系。
roggianite: Ca₂[Be(OH)₂Al₂Si₄O₁₃]・<2.5H₂O、正方晶系。
スコレス沸石（scolecite）: Ca[Al₂Si₃O₁₀]・3H₂O、単斜晶系。
ステラ沸石（stellerite）: Ca[Al₂Si₇O₁₈]・7H₂O、斜方晶系。

束沸石（stilbite）（系列名）

(Ca_0.5,Na,K)₉[Al₉Si₂₇O₇₂]・28H₂O、単斜晶系。
灰束沸石（stilbite-Ca）
ソーダ束沸石（stilbite-Na）
terranovaite: NaCa[Al₃Si₁₇O₄₀]・>7H₂O、斜方晶系。
トムソン沸石（thomsonite）: Ca₂Na[Al₅Si₅O₂₀]・6H₂O、斜方晶系。
tschernichite: Ca[Al₂Si₆O₁₆]・～8H₂O、正方晶系。
tschörtnerite: Ca₄(K₂,Ca,Sr,Ba)₃Cu₃(OH)₈[Al₁₂Si₁₂O₄₈]・nH₂O, n～20、等軸晶系。
ワイラケ沸石（wairakite）: Ca[Al₂Si₄O₁₂]・2H₂O、単斜晶系・正方晶系。
weinebeneite: Ca[Be₃(PO₄)₂(OH)₂]・4H₂O、単斜晶系。
willhendersonite: K_xCa_(1.5-0.5x)[Al₃Si₃O₁₂]・5H₂O, where 0<x<1、三斜晶系。
湯河原沸石（yugawaralite）: Ca[Al₂Si₆O₁₆]・4H₂O、単斜晶系・三斜晶系。神奈川県で発見された新鉱物。

[編集] イオン交換能

ゼオライトは二酸化ケイ素からなる骨格を基本とし、一部のケイ素がアルミニウムに置き換わることによって結晶格子全体が負に帯電している。そのため微細孔内にナトリウムなどのカチオンを含み、電荷のバランスを取っている。粉末状にしたゼオライトを別の種類のカチオンを含んだ水溶液中にいれると、細孔内と水溶液中でイオン交換が起こる。この交換反応は可逆的であり、時間がたつと平衡状態となる。

この性質のためゼオライトは水質改良剤として用いられる。例えば、水中のカルシウムイオンやマグネシウムイオンをゼオライト中のナトリウムイオンと置きかえることで水の硬度を下げることができるので、衣類用の洗剤などに含まれている（「硬水軟水化剤」等と記載されている）。また微細孔内に植物の生育に必要なカチオンを保持するため、陽イオン交換容量を増す土壌改良剤としても用いられる。

[編集] 触媒としての機能

ゼオライトはその細孔内に選択的に分子を取り込み、反応させることができるため、触媒として多方面に利用されている。例えばZSM-5という合成ゼオライトを用いることでメタノールからガソリンを合成することに成功している。また、ディーゼル排気中に含まれるNO_xを分解・除去するための触媒としても期待されている。

[編集] 吸着能

ゼオライトは微細孔内に水分子を吸着し、また放出することができるため、有機溶媒の脱水や湿度調節に用いられる。また水分子のほかにホルムアルデヒドなどの気体分子を吸着するとされるため、消臭や、シックハウス症候群を防止する目的にも期待されている。

[編集] 脚注

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^ 文部省　『学術用語集地学編』　日本学術振興会、1984年、ISBN 4-8181-8401-2。（オンライン学術用語集）

[編集] 関連項目

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[編集] 参考文献

D.S. COOMBS et al., "Recommended nomenclature for zeolite minerals: report of the Subcommittee on Zeolites of the International Mineralogical Association, Commission on New Minerals and Mineral Names," The Canadian Mineralogist, Vol. 35, pp. 1571-1606, 1997. PDF

[編集] 外部リンク

Zeolite Group（mindat.org）
Zeoliteグループ（地球資源論研究室）

"http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BC%E3%82%AA%E3%83%A9%E3%82%A4%E3%83%88" より作成

カテゴリ: 鉱物 | 化学物質