粘土化学は、粘土および粘土鉱物の化学構造、特性、および反応を研究する化学の応用分野です。無機化学、構造化学、物理化学、材料化学、分析化学、有機化学、鉱物学、地質学などの概念と知識を包含する学際的な分野です。
粘土および粘土鉱物の化学（および物理学）の研究は、最も広く使用されている工業用鉱物の一つであり、原材料（セラミック、陶器など）、吸着剤、触媒、添加剤、鉱物充填剤、医薬品、建築材料などとして使用されていることから、学術的にも産業的にも大きな意義を持っています。
粘土鉱物のユニークな特性には、ナノメートル規模の層状構造、固定電荷と交換電荷の存在、分子の吸着およびホスト（挿入）の可能性、安定したコロイド分散体の形成能力、カスタマイズされた表面および層間の化学修飾の可能性などがあり、粘土化学の研究は非常に重要で極めて多様な研究分野となっています。
環境科学から化学プロセス工学、陶芸から核廃棄物管理まで、 粘土鉱物の物理化学的挙動は多くの異なる分野と知識領域に影響を及ぼす。
粘土鉱物の陽イオン交換容量（CEC）は、土壌中の最も一般的な陽イオン（Na +、K +、NH 4 +、Ca 2+、Mg 2+）のバランスとpH制御において非常に重要であり、土壌の肥沃度に直接影響を与えます。また、陸地（河川水）から海域に流入するCa 2+の大部分の運命にも重要な役割を果たします。粘土鉱物のCECを変化させ、制御する能力は、化学センサーや汚染水の浄化剤など、多様な用途を持つ選択吸着剤の開発において貴重なツールとなります。
粘土鉱物と水の反応（インターカレーション、吸着、コロイド分散など）を理解することは、セラミック産業（例えば、セラミック原料混合物の可塑性や流動性制御）にとって不可欠です。これらの相互作用は土壌の多くの機械的特性にも影響を与え、建築・建設工学の専門家によって綿密に研究されています。
粘土鉱物と土壌中の有機物との相互作用は、栄養分や土壌の肥沃度の固定、そして農薬やその他の汚染物質の固定や浸出においても重要な役割を果たします。一部の粘土鉱物（カオリナイト）は、殺菌剤や殺虫剤の担体として使用されています。
多くの岩石の風化作用によって、その最終生成物の一つとして粘土鉱物が生成されます。これらの地球化学的プロセスを理解することは、地形の地質学的進化や岩石および堆積物のマクロ的な特性を理解する上でも重要です。2009年にマーズ・リコネッサンス・オービターによって検出された火星における粘土鉱物の存在は、過去の地質時代に火星に水が存在していたことを示すもう一つの強力な証拠でした。
ナノメートル規模の粘土鉱物粒子をポリマーマトリックスに分散させて無機・有機ナノ複合体を形成する可能性により、 1990 年代後半からこれらの鉱物の研究が大きく復活しました。
さらに、粘土鉱物の多くは自動車触媒や石油分解触媒など、多くの化学プロセスにおいて触媒、触媒前駆体、触媒基質として使用されていることから、粘土化学の研究は化学産業にとっても大きな意義を持っています。[1] [2] [3] [4] [5] [6]
参照
- 粘土 – 細粒の天然土
- 粘土鉱物 – 細粒アルミニウム層状ケイ酸塩リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
- 界面およびコロイド科学 – 化学および物理学の分野
- 粘土鉱物協会 – 米国を拠点とする非営利団体
参考文献
- ^ 「粘土とは何か」. Science Learning Hub .ワイカト大学. 2016年1月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年1月10日閲覧。
- ^ グリム、ラルフ. 「粘土鉱物」.ブリタニカ百科事典. 2016年1月10日閲覧。
- ^ 「なぜ粘土を研究するのか？」ジオドリリングフルイド。2017年7月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年1月10日閲覧。
- ^ “University College London Geology on Campus: Clays”.地球科学科. University College London . 2016年1月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年1月10日閲覧。
- ^ Faiza Bergaya、Gergard Lagaly（編）：粘土科学ハンドブック、エルゼビア、アムステルダム、2013年（第2版）。
- ^ Karl Jasmund、Gerhard Lagaly (編集): Tonminerale und Tone.産業と環世界におけるストラクトゥール、アイゲンシャフトテン、アンウェンドゥンゲン、アインザッツ。シュタインコフ・フェルラーク、ダルムシュタット、1993 年。
