化学原子・元素理科

ケイ素とは?シリカって何?食品についているシリカゲルとの関係は?周期表マニアの科学館職員がわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。今回はケイ素がテーマだ。

ケイ素よりもシリコンやシリカの方がなじみ深いかもしれない。シリコンはケイ素の別名でシリカとはケイ素の酸化物、二酸化ケイ素SiO2やの二酸化ケイ素で構成された物質のことだ。また乾燥剤のシリカゲルはケイ素の酸化物だ。またケイ素と聞いて半導体を思い浮かべる人も多いだろう。

それではケイ素について説明する。解説は化学系科学館職員のたかはしふみかだ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

ライター/たかはし ふみか

周期表が好きな科学館職員。化学、元素、周期表と書かれた本を見るととりあえず手に取ってみる。

ケイ素って何?その特徴を解説

image by PIXTA / 66555925

コトバンクでケイ素を調べるとケイ素とは次のように書かれています。

周期表第14族に属し、炭素族元素の一つ。工業的にはシリコンということのほうが多い。石英やガラスは古代から知られており、とくにシリカ(二酸化ケイ素)とソーダなどを混合融解してガラスをつくることはよく知られていた。

結晶は灰色で金属光沢がある。ダイヤモンド型構造で、ゲルマニウムとともに半導体としてよく知られている。

高純度ケイ素は半導体としてダイオード、トランジスタ、IC(集積回路)、整流器、その他の半導体素子に盛んに利用される。シリコーンゴム、シリコーン油など各種シリコーン高分子材料の原料として広く用いられるほか、金属精練における還元剤、脱酸剤として重要。

ケイ素(珪素)という元素にあまりなじみのない人も多いでしょう。そこでまず、ケイ素という元素に注目します。

ケイ素(Si)

ケイ素(Si)

image by Study-Z編集部

元素番号:14 (14族、非金属元素)

原子量:28.1

密度:2.3290 g/cm3

融点:1414℃

ケイ素は炭素と同じ14族の元素です。炭素と同じグループという事で、炭素(C)とケイ素(Si)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)で炭素族元素と呼ばれています。14族の特徴は最外殻の電子が4個という事です。炭素も4つの腕を使って様々な化合物を作ています。

炭素の腕が4つってどういうこと?という人は、共有結合をキーワードに確認してみてくださいね。

ケイ素は地殻を構成する元素の一種であり、酸素の次に多く存在する元素です。これはクラーク数と呼ばれ次の順で元素は含まれています。

酸素(O)46.6%>ケイ素(Si)27.7%>アルミニウム(Al)8.1%>鉄(Fe)5.0%>カルシウム(Ca)3.6%>ナトリウム(Na)2.8%>カリウム(K )2.6%>マグネシウム(Mg)2.1%

地殻の質量の約46.6%が酸素、ケイ素が約27.7%という事で酸素とケイ素だけで3/4近くを占めています。これは地殻には石英(無水ケイ酸・二酸化ケイ素SiO2)が多く含まれているためです。

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クラーク数は酸素、ケイ素、アルミニウム、鉄くらいまでは順番を覚えておくといいぞ。

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ここで石英、二酸化ケイ素について解説します。石英は二酸化ケイ素の結晶です。無色透明な二酸化ケイ素の結晶は水晶(玻璃)といいます。

ところで、石英はクォーツとも言いますが、クォーツと言えば時計のイメージがありますね。水晶は交流電圧をかけると、周期的に振動します。この性質を利用して作られたいのがクォーツ時計なのです。

\次のページで「ケイ素は何に使われている?」を解説!/

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