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ケイ酸塩は、ケイ素と酸素からなる多原子陰イオンのファミリーに属するもので、通常は一般式[SiO (4−2 x )− 4− x ]で表される。n、ただし0 ≤x< 2。このファミリーにはオルトケイ酸塩SiO4−4(x= 0)、メタケイ酸塩SiO2−3(x= 1)、およびピロケイ酸塩Si2O6−7(x= 0.5、n= 2) が含まれます。この名前はメタケイ酸ナトリウムなどのそのような陰イオンの塩、またはテトラメチルオルトケイ酸塩などの対応する化学基エステル。 [ 1 ] 「ケイ酸塩」という名前は、一般式に当てはまらない場合や酸素以外の原子を含む場合でも、ヘキサフルオロケイ酸塩[SiF6]2−などのケイ素を含む陰イオンに拡張されることがありますケイ酸塩鉱物として見られます。
ケイ酸塩は、製造、技術、芸術など多様なニーズに対応するため、天然のもの（花崗岩、砂利、ガーネットなど）と人工のもの（ポルトランドセメント、セラミック、ガラス、水ガラスなど）の両方において、汎用性の高い材料である。
ほとんどのケイ酸塩では、ケイ素原子が理想化された四面体の中心を占め、その頂点は4つの酸素原子で、オクテット則に従って単結合でケイ素原子と結合している。[ 1 ]負電荷を帯びた酸素原子は、他の陽イオン（M n+）と結合する。このSi-OMO-Si結合は強く、剛性があり、その特性は岩石のようなケイ酸塩に現れる。[ 2 ] : 435 ケイ酸塩は、ケイ酸アニオンの長さと架橋によって分類することができる。
単離されたオルトケイ酸アニオンはSiO 4− 4の式を持つ。このグループに共通する鉱物はオリビン（(Mg,Fe) 2 SiO 4）である。
2つ以上のケイ素原子は、さまざまな方法で酸素原子を共有し、ピロケイ酸塩Siなどのより複雑な陰イオンを形成することができる。2 O 6− 7。
各ケイ素に2つの共有酸化物が結合することで、環状または高分子構造が形成される。環状メタケイ酸塩環Si6 O 12− 18はSiO32-六量体です。 ポリマー状ケイ酸アニオンは長い鎖としても存在できます。
単鎖ケイ酸塩はイノケイ酸塩の一種であり、四面体が2つの酸素原子を共有することで鎖状に連結する。このグループに属する代表的な鉱物は輝石である。
二重鎖ケイ酸塩は、イノケイ酸塩のもう一つのカテゴリーであり、四面体がそれぞれ2つまたは3つの酸素原子を共有することによって（常にではないが、ほとんどの場合）二重鎖を形成するときに生じる。このグループの代表的な鉱物は角閃石である。
フィロケイ酸塩と呼ばれるこのグループでは、四面体はすべて3つの酸素原子を共有し、それらが結合して二次元シートを形成します。この構造により、このグループの鉱物は1つの強い劈開面を持ちます。雲母はこのグループに属します。白雲母と黒雲母はどちらも非常に弱い層を持ち、シート状に剥がすことができます。
テクトケイ酸塩と呼ばれる骨格ケイ酸塩では、各四面体が隣接する四面体と4つの酸素原子をすべて共有し、3次元構造を形成する。石英や長石はこのグループに属する。
四面体はケイ素(IV)化合物の一般的な配位幾何構造ですが、ケイ素はより高い配位数で存在することもあります。たとえば、六フッ化ケイ酸アニオン SiF 2− 6 では、ケイ素原子は八面体配置で 6 つのフッ素原子に囲まれています。この構造は、自然界ではまれにしか見られないが、酸化黄鉄鉱を含む粘土質の地盤で硫酸塩の激しい攻撃を受けたセメントやコンクリート構造物で人工的に形成された他のケイ酸カルシウム水和物の中に見られることがある鉱物であるタウマサイトに存在する六水酸化ケイ酸アニオン Si ( OH ) 2− 6 にも見られます。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
地球の岩石の大部分に存在するような非常に高い圧力下では、SiO 2でさえ、地球の下部マントルで見られる高密度シリカ多形であるスティショバイトという鉱物において、6配位の八面体構造をとる。この鉱物は隕石衝突時の衝撃によっても形成される。[ 8 ]
アルカリ金属陽イオンと小型または鎖状の陰イオンを持つケイ酸塩（オルトケイ酸ナトリウムやメタケイ酸ナトリウムなど）は、水に比較的よく溶けます。これらは溶液から結晶化すると、いくつかの固体水和物を形成します。水ガラスとして知られる可溶性ケイ酸ナトリウムとその混合物は、重要な工業用および家庭用化学品です。非アルカリ金属陽イオン、またはシート状や三次元ポリマー状の陰イオンを持つケイ酸塩は、一般的に通常の条件下では水への溶解度がほとんどありません。
ケイ酸塩は一般的に化学的に不活性であるため、一般的な鉱物である。また、その弾力性の高さから建築材料としても利用されている。
ケイ酸塩鉱物は、酸化カルシウムと水で処理すると、ポルトランドセメントを形成する。
ケイ酸塩鉱物の加水分解を伴う平衡の研究は困難である。主な課題は、SiO 4 4-およびその様々なプロトン化形態の溶解度が非常に低いことである。このような平衡は、地質学的時間スケールで起こるプロセスに関連している。[ 9 ] [ 10 ]一部の植物は、生体鉱化作用 のステップであるケイ酸塩を溶解するリガンドを分泌する。
カテコールは、配位によってビスおよびトリス（カテコール酸）ケイ酸塩ジアニオンを形成することにより、オルトケイ酸塩（SiO 4 4-）、メタケイ酸塩（SiO 2 3-）、ピロケイ酸塩（Si 2 O 6 7-）などのイオン構造を持つケイ酸塩の成分であるSiO 2を解重合することができます。[ 11 ]これらの錯体は、薬物送達システム、抗菌および防汚用途などの用途のために、さまざまな基材にさらにコーティングすることができます。
溶液中のケイ酸アニオンはモリブデン酸アニオンと反応して黄色のケイモリブデン酸錯体を生成する。典型的な調製では、モノマーオルトケイ酸塩は75秒で完全に反応し、ダイマーピロケイ酸塩は10分で反応し、より高次のオリゴマーはかなり長い時間を要することがわかった。特に、コロイドシリカの懸濁液ではこの反応は観察されない。[ 10 ]
可溶性ケイ酸塩の性質は、生体鉱化作用や、工業的に重要な触媒であるゼオライトなどのアルミノケイ酸塩の合成を理解する上で重要である。[ 9 ]アルミン酸アニオンとともに、可溶性ケイ酸アニオンはジオポリマーの重合メカニズムにおいても重要な役割を果たす。ジオポリマーは非晶質アルミノケイ酸塩であり、その製造には通常のポルトランドセメントよりも少ないエネルギーしか必要としない。そのため、ジオポリマーセメントは、地球大気中のCO2排出量と、この温室効果ガスによって引き起こされる地球温暖化を抑制することに貢献できる可能性がある。