化学実験

SiO2 で構成された物質はどうしていろいろな構造をとるのでしょうか？？？
教えてください。お願いします

No.2 回答者： hornblende_basalt 回答日時： 2016/07/20 23:56

No.1の方が仰っているように，SiO2の結晶構造の基本は「SiO4四面体」です．ですが，これだとSiが4＋なのに対して，2−のOが4つ（トータルで8−）で，電荷のバランスが崩れているのが分かりますか？

そのためSiO4四面体は，四面体の隙間に色々な陽イオンを入れ込んで電荷のバランスを取ろうとします．
火成岩を作る鉱物はSiO2を主成分とするものが圧倒的に多いのですが，Mg, Fe, Ca, Na, Kなど，本当に色々と取り込みます．ですが陽イオンによってサイズ（イオン半径）に違いがあるため，結晶構造に歪みができ，多様な結晶系になります．

そして，ほとんど陽イオンが存在しない状況下では，電荷のバランスを取るには無限にSiとOを連結させていくしか無く，No.1の方の右側の図が示しているように，延々とSi-Oの結合が連結する構造をとります．この構造をもつ鉱物を「石英」と呼び，肉眼でもはっきり確認できるくらいまで成長した結晶のことを「水晶」と呼びます．

したがって，ガチっと結合した石英・水晶は高い硬度を持ちます（モース硬度7）．同様の結合様式を持つのは，同じ14族元素の炭素（C）ですが，こちらはOを挟まずに炭素原子だけが繋がっていきます．炭素原子のみからなり，このフレームワーク構造を持つものが「ダイヤモンド」です．こちらは最も硬く，モース硬度10となります．

No.1 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2016/07/18 18:04

SiO2の結晶構造は正四面体の中心にSIがあり、頂点にOイオンが有る様な構造をしたものが、連結したものになっている。

四面体中のSiの結合角は常に109.5°で一定。
温度・圧力が変化すると、四面体の連結方向が変わる為、Oの結合角は140～180°の範囲で変化する。
それに伴って、SiO2の結晶構造も変化することになる。

強いイオン結合の制約を受けないため、SiO4四面体は比較的自由に連結方法を変化させることが可能と考えられる。

下の右側の図が捻(ねじ）られたり、格子の間が広がったり出来ると言う意味。