ケイ素とは? わかりやすく解説

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物質名
ケイ素
英語名
Silicon
元素記号
Si
原子番号
14
分子量
28.0855
発見
1824年
原子半径(Å)
1.17
融点(℃)
1414
沸点(℃)
2642
密度(g/cm3
2.34
比熱(cal/g ℃)
0.162
イオン化エネルギー(eV)
8.151
電子親和力(eV)
1.385

炭素族属す非金属元素結晶硬く、もろい。典型的な半導体であり、純度極めて高くしたもの半導体素子として用いられる。「シリコン」という名も一般的である。ちなみにSilicon」は「silex」(石英)の名にちなんでいる。

ケイ素

英訳・(英)同義/類義語:silicon

原子番号14の典型元素で、炭素同じく4価の化学結合作る半導体材料として有名だが、生体成分としても、植物などに多く含まれている。

ケイ素

体内働き調節する人体必要な元素1つ。骨や歯、爪などを丈夫にするなどの働きを持つ。

ケイ素

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2022/11/10 06:07 UTC 版)

ケイ素(けいそ、珪素、硅素、: silicon: silicium)は、原子番号14の元素である。元素記号Si原子量は28.1。「シリコン」とも呼ばれる。


注釈

  1. ^ 古代中国語の硅の発音はhuòであることなどから、成 (2012, p. 156) は古代中国語からの転用である説を退けている。
  2. ^ 当初はと呼ばれていたとされ、経緯には諸説ある[5]
  3. ^ 中国において「」が定着したのは、1959年以降であり、それ以前は両漢字名が競い合っていた[6]
  4. ^ 酸素のイオン半径はケイ素の3倍以上であるため、体積においてはケイ素の0.86 %に対して酸素が93.77 %を占める[7]
  5. ^ 「9」(Nine)が15個並ぶことを意味する略称。
  6. ^ インドは男性のビール摂取量が多く、ビールにはケイ素が多く含まれるため数値が高いと考えられている。シリカ#ろ過助剤を参照のこと。

出典

  1. ^ T. Michael Duncan, Jeffrey Allen Reimer, Chemical engineering design and analysis: an introduction, p. 25, Cambridge University Press, 1998 ISBN 0521639565
  2. ^ R. S. Ram et al. “Fourier Transform Emission Spectroscopy of the A2D–X2P Transition of SiH and SiD” J. Mol. Spectr. 190, 341–352 (1998)
  3. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
  4. ^ a b c d http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Si
  5. ^ a b 成 2012, pp. 155–156.
  6. ^ 成 2012, p. 156.
  7. ^ a b c 酒井 2003, pp. 48–49.
  8. ^ 岸川利郎 (1990). ユーザーエンジニアのための光学入門. オプトロニクス. ISBN 4-900474-30-4 
  9. ^ B. Andreas et al. (2011). “Determination of the Avogadro Constant by Counting the Atoms in a 28Si Crystal”. Physical Review Letters (American Physical Society) 106: 030801. doi:10.1103/PhysRevLett.106.030801. http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.106.030801. 
  10. ^ ユリス・ナルダン フリーク Part.2、WebChronos、2020年2月11日
  11. ^ オリエントスター来し方70年 煌めきのクライマックス、WebChronos、2021年2月5日
  12. ^ SAND AND GRAVEL(INDUSTRIAL), アメリカ地質調査所
  13. ^ Wacker Polysilicon: Expansion Announcement June 2006(Wacker 社による生産量拡大のアナウンス資料)
  14. ^ 河本洋、奥和田久美、高純度シリコン原料技術の開発動向科学技術政策研究所)2016年3月5日時点のアーカイブ。
  15. ^ New Energy Finance Predicts 43% Solar Silicon Price Drop, greentechmedia, 18 August 2008
  16. ^ mad science. オライリー・ジャパン. (5/21). pp. 183,184,185 
  17. ^ 植田和利, 伊東和彦, 上原誠一郎, 佐藤博樹「太陽炉を利用したマグネシウムによる二酸化ケイ素の還元とその教材化」『科学教育研究』第40巻第1号、日本科学教育学会、2016年、 39-45頁、 doi:10.14935/jssej.40.39ISSN 0386-4553NAID 130005144680
  18. ^ a b c d e “SILICON AND BONE HEALTH”. The journal of nutrition, health & aging 11 (2). (2007). PMID 17435952. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2658806/. 
  19. ^ John Emsley (2011). Nature’s Building blocks (New Edition ed.). Oxford University Press. p. 482. ISBN 978-0-19-960563-7 
  20. ^ “A provisional database for the silicon content of foods in the United Kingdom”. British Journal of Nutrition 94. (2005). doi:10.1079/BJN20051542. PMID 16277785. 
  21. ^ ケイ素、ケイ素化合物 - 「健康食品」の安全性・有効性情報(国立健康・栄養研究所
  22. ^ “Renal silica calculi in an infant”. International Journal of Urology 11 (2). (Feb 2004). doi:10.1111/j.1442-2042.2004.00746.x. PMID 14706018. 



ケイ素

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/10/10 04:16 UTC 版)

栄養素 (植物)」の記事における「ケイ素」の解説

植物吸収するケイ素の形態は、電荷もたない中性分子として土壌溶液中に溶け込んでいるケイ酸である。この溶解性ケイ酸はpH9以下で現れ土壌溶液中に0.1〜0.6mM程度存在する。pH9以上になると、電荷持ったケイ酸塩となる。また、ケイ酸濃度が2mM以上となると重合してシリカとなる。ケイ酸溶出元は土壌中に豊富な二酸化ケイ素である。これは、岩石主成分として土壌質量の50-70%を占める。 植物地上部のケイ素含有率(% dry wt植物ケイ素含有率稲3.91 小麦1.54 カボチャ1.34 ズッキーニ1.98 ひよこ豆0.30 キュウリ2.29 トウモロコシ2.10 植物にとってのケイ素の重要性説明する前に植物中のケイ素の存在量説明する。ケイ素は、土に根を下ろす全ての植物含まれており、その含有量植物種によって大きく異なる(下表)。被子植物ではイネ科とカヤツリグサ科が特に高い。双子葉植物では、ウリ科イラクサ科除いて低い。身近な植物では竹やトウモロコシトクサがケイ素集積植物である。これらの集積能力違いは、後述する根のケイ素吸収能力違いに起因するケイ酸含量に基づき植物は以下の3つのグループ分類されるケイ酸含量10-15% ― 湿地イネ科水稲スギナケイ酸含量1-3% ― 乾燥地イネ科サトウキビ穀物のほとんど、双子葉植物いくつかケイ酸含量0.5%以下 ― 双子葉植物のほとんど、特にマメ科植物 次に、ケイ素の必須性を概略的説明する必要とする植物限られており、サトウキビトクサ科植物などである。しかし、必須ではなくとも、多くの植物種適正な量を与えるとその成長促進する。その効果生物的非生物ストレスの軽減および光合成促進である。下にまとめる。 生物的ストレス耐性病害耐性稲のいもち病胴枯れ病、紋病、褐斑病など キュウリ大麦小麦うどん粉病 サトウキビ輪紋ササゲさび病 虫害耐性 (ニカメイガウンカなど) 化学ストレス緩和金属毒性の緩和AlCd、As、MnFeなど) 栄養素過不足改善窒素過剰リン不足など) 塩ストレス緩和 物理ストレス緩和倒伏防止 高温および低温耐性の向上 霜害防止 乾燥耐性の向上 放射線耐性の向上 光合成の促進垂れ下がり防止直立、英: leaf erectness)による、受光姿勢改善および他の個体に対する遮光防止 これらの効果は、ケイ素を多く集積する植物顕著に現れる一方で、あまり集積しない植物では現れにくい。光合成促進効果は、窒素多量投入かつ密植集約栽培する場合に特に顕著となる。以下にケイ素の効果各論説明する病害・虫耐性上の仕組み2つ提唱されている。一つは、ケイ素が組織沈積し物理的な障壁[ 英: physical barrier]を形成して糸状菌害虫侵入を防ぐというものであるもう一つは、植物体内溶け込んでいるケイ酸抗菌性物質フェノール化合物ファイトアレキシンなど)の生産抗菌性酵素キチン分解酵素過酸化酵素ポリフェノール酸化酵素など)の活性高めるというものである。この仮説の中でケイ酸は、病原菌に対する宿主植物応答促進させる役目を担う。 物理的ストレス耐性の向上は、ケイ素が植物体内沈積することによる沈積の稈壁の厚さ維管束の太さを増加させ、また、クチクラ蒸散抑制して乾燥を防ぐ。これらの働きは稲の場合で典型的に効果的である。収穫期台風による倒伏減少させるまた、特にもみ殻の過蒸散抑える効果があるため、沈積量が少ないと白穂が発生しやすい。 マンガン過剰の緩和イネ大麦、豆、カボチャ見いだされた。このマンガンストレスの軽減機構植物種によって異なる。稲では、ケイ酸が根の酸化力向上させることによってマンガン過剰な吸収抑える大麦と豆においてはケイ酸マンガン吸収影響しないが、体内マンガン濃度均一化させる。カボチャでは、体内マンガン不活性部位毛茸)に局在化させることで、マンガン過剰害を回避させる。 マンガンアルミニウムナトリウムの害、およびリン欠乏過剰緩和するケイ酸土壌溶液中のアルミニウムイオンと結合し植物へと吸収されないようにしている。ナトリウム取り込み防止は、ケイ素沈積による蒸散量の減少によると考えられている。稲ではリン欠乏している場合ケイ酸リン吸収直接影響しないが、リン酸欠乏しやすい鉄マンガン吸収抑えることで間接的に体内リン有効度高める。リン酸過剰では、ケイ酸リン酸吸収抑える続いて、ケイ素の肥料としての側面紹介する上述たようにケイ素は植物体を強化する加えて、根の重量密度高めとともに植物の成長生理活性を向上させ、作物バイオマス収量改善させることも見出されている。このため多くの国で肥料として重要視されている。例えば、日本1955年世界で初めてケイ素を、稲の安定収量重要な必須栄養素認定した米国飼料検査官協会(英: Association of American Plant Food Control Officials)(AAPFCO)は2006年にケイ素の植物有用物質として等級上げた。 ケイ素は、土壌中に存在する元素の中で唯一過剰害を引き起こさない。これは、植物通常生育可能なpH(pH9以下)において、電荷持たない分子あるためと、ケイ素濃度が2mMを超える重合して植物吸収されなくなるためであるこのため過剰害を引き起こす他の元素のように、電荷持った塩として、細胞内に高浸透圧作り出した生体分子結合したりしない次に植物体内のケイ素の生理学的挙動を、根の吸収から地上部組織への分配植物成長への寄与まで順を追って説明する。まず、根によるケイ酸吸収である。その機構には、積極的な吸収受動的な吸収がある。また、これとは別に体内ケイ酸排出する仕組みもある。これらの機構有無植物によって異なる。稲は積極的に吸収し培地溶液ケイ酸濃度素早く減少させるキュウリ受動的に吸収し培地中の濃度ほとんど変わらないトマト排除機構持ち水の吸収に伴いケイ酸濃度上昇させる。ただし、これら3つの植物において、根のケイ酸輸送体ケイ酸への親和性同程度である。取り込み最大速度は稲>キュウリ>トマトであり、この違いは、細胞当たりの輸送体発現量の違いに起因する加えて稲は、導管中のケイ酸濃度外部より濃縮されていたのに対しキュウリトマトではより低かった。稲は、体内での導管へのケイ酸輸送能動的に行うことができると予想されている。 根のケイ酸輸送体として、稲と大麦トウモロコシでLsi1とLsi2の2つ発見されている。ケイ酸吸収欠損変異体lsi1(low silicon 1)から同定されたLsi1は、細胞の外から中へ輸送する。根の外皮内皮の両層において、細胞遠心側に局在する。アクアポリンと同じファミリー属する。一方、Lsi2は内から外に向けて働き外皮内皮向心側に局在する。陰イオン輸送体似た構造を持つ。2つ輸送体一次構造には全く相動性見られない共通する点は、主に根、特に基部での発現が多いことと、主根側根発現するが、根毛がある表皮細胞には表れないことである。これらの発現事情は根でのケイ酸吸収に関する生理学的実験結果吸収量先端よりも基部でより多い、かつ、吸収に対して根毛による寄与がない―と一致する次に、根のケイ酸輸送体により吸収されケイ酸導管地上部へと運ばれる機構説明する。この運搬過程において興味深い点は、導管中のケイ酸濃度が20mM以上に達す事実である。これは、ケイ酸重合して不溶性シリカゲル変化する飽和濃度常温で2mM)を大きく上回る。しかし、導管内のケイ素の形態は単分子ケイ酸のみである。飽和濃度上で重合起こらない理由は、濃縮輸送過程素早いためだと考えられている。 地上部へと運ばれた後、導管中のケイ酸などの組織分配されるこの分配を担うのは、導管中に分布する外向き輸送体のLsi6である。Lsi6は前述のLsi1の相同遺伝子であり、稲とトウモロコシ発見された。葉鞘葉身導管隣接する木部柔組織発現し導管面して偏在する。 Lsi6を介して地上部組織もみ殻果実表面など)に分配されたケイ素は、蒸散に従って濃縮され重合して非晶性で不定形シリカとなる。植物体内のケイ素の95%以上はこのシリカとして存在するシリカは、クチクラ層直下アポプラストクチクラ-シリカ二重層)や機動細胞、短細胞長細胞などの細胞沈積することが稲の葉身においてわかっている。細胞中で小胞体細胞壁細胞間隙沈着する。その後ポリフェノール複合体形成し細胞壁構成するリグニン置き換わる。いったん沈積したケイ素はほとんど再移動しない。こうして、細胞壁をより頑強にする。 イネ科植物のケイ細胞植物オパールとして知られ枯死後も土壌残留する植物オパール植物種ごとに特徴的な形をしているため、考古学ではその土地生えていた植物推測するための手掛かりとなる。

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ケイ素

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/04/21 08:38 UTC 版)

同素体」の記事における「ケイ素」の解説

アモルファスシリコン - 茶色粉末 結晶性ケイ素- - 金属光沢のある暗灰色結晶性ケイ素の単結晶チョクラルスキー法成長させる方法知られている

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ケイ素

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2021/08/29 02:17 UTC 版)

フッ化タングステン(VI)」の記事における「ケイ素」の解説

WF6はケイ素基板接触する反応を起こす。ケイ素基板上におけるWF6の分解温度依存的である。 2 WF 6   + 3 Si2 W   + 3 SiF 4 {\displaystyle {\ce {2 WF6\ + 3 Si -> 2 W\ + 3 SiF4}}} 400 以下 WF 6   + 3 Si ⟶ W   + 3 SiF 2 {\displaystyle {\ce {WF6\ + 3 Si -> W\ + 3 SiF2}}} 400 上 高領域においては金属タングステンを1原子生成するために消費されるケイ素原子量が倍になるため、この温度依存性は非常に重要である金属タングステン堆積純粋なケイ素上のみに選択的に起こり酸化物窒化物上では金属タングステン堆積起こらないこのように、WF6の反応不純物基板前処理に非常に敏感である分解反応反応速度速いが、金属タングステン層の膜厚10から15 μm飽和して分解反応停止する。これは、タングステン層が成長することでこの分反応における唯一の触媒であるケイ素とWF6が接触できなくなるためである。 この反応不活性雰囲気でなく酸素含んだ雰囲気下で行うと、金属タングステンでなく酸化タングステン層が生成される

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ケイ素

出典:『Wiktionary』 (2018/07/01 21:06 UTC 版)

名詞

ケイ素(けいそ)

  1. 珪素を参照日本化学会によって決定され日本物理学会承認した元素としての名称。


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