スメクタイト

スメクタイト（古代ギリシャ語のσμηκτός （smēktós）「潤滑された」、 σμηκτρίς （smēktrís ）「歩行者の土、漂白者の土」、文字通り「こする土、洗浄する性質を持つ土」）^{[ 1 ]}は、3層2:1（TOT）構造を持ち、粘土鉱物に属する、さまざまな膨潤性シート状ケイ酸塩（フィロケイ酸塩）の鉱物混合物です。スメクタイトは主にモンモリロナイトで構成されていますが、石英や方解石などの二次鉱物を含むこともよくあります。^{[ 2 ]}  

粘土鉱物学において、スメクタイトはモンモリロナイト（純粋な粘土鉱物相の名前でもある）の同義語であり、膨潤性粘土の一種を示す。スメクタイトという用語はヨーロッパやイギリスで一般的に用いられ、モンモリロナイトという用語は北米で好まれるが、どちらの用語も同等であり、互換的に使用できる。工業および商業用途では、スメクタイトまたはモンモリロナイトの代わりにベントナイトという用語が主に用いられる。

2:1層（TOT）構造は、2つのシリカ（SiO₂）四面体（T）層から構成され_、これらはAl₂O₃ （ギブサイト_）またはFe₂O₃八面体（O）中心層を介して静電的に架橋されています_。TOTの基本層_は互いに_強固に結合しているのではなく、自由空間によって隔てられています。この層間空間には、水和した陽イオンと水分子が存在します。スメクタイトは、層間空間への水と陽イオンの可逆的な取り込みによって膨潤します。

TOT層は、2つの外側のシリカ四面体層でSi(IV)原子がAl(III)原子に同形置換され、内側のギブサイト八面体層でAl(III)またはFe(III)原子がMg ²⁺またはFe ²⁺陽イオンに置換されることにより負に帯電します。Si(IV)が持つ+4の電荷は、通常は周囲の酸素原子からの-4の電荷によって補償されますが、Si(IV)がAl(III)に置換されることにより+3になるため、電気的不均衡が生じます。+3 -4 = -1。TOT層の負電荷の過剰は、層間に正の陽イオンが存在することによって補償されなければなりません。ギブサイト八面体でAl ^{3+イオンがMg 2+}イオンに置換される場合、TOT基本単位のギブサイト中心層にも同じことが当てはまります。電気的不均衡は、+2 -3 = -1です。

スメクタイト層間の主な陽イオンはNa ⁺とCa2 ⁺である。ナトリウム陽イオンはスメクタイトの膨潤を最も大きくする一方、カルシウムイオンは膨潤性が低い。カルシウムスメクタイトはナトリウムスメクタイトよりも膨潤能力が著しく低いが、乾燥時に収縮しにくい。^{[ 3 ]}

陽イオンの水和度とそれに対応する水和半径によって、フィロケイ酸塩の膨張または収縮挙動が説明されます。Mg ²⁺イオンや K ⁺イオンなどの他の陽イオンは、さらに対照的な効果を示します。高度に水和したマグネシウムイオンは、バーミキュライト（層間が完全に膨張）のように「膨張剤」として作用する一方、水和度の低いカリウムイオンは、イライト（層間が完全に収縮）のように「収縮剤」として作用します。

スメクタイトは層間空間がより開放的で、水や陽イオンが容易にアクセスできるため、土壌中に一般的に見られる粘土鉱物の中で最も高い陽イオン交換容量（CEC）を示します。スメクタイトよりも高いCECを示すのは、膨張性の高いバーミキュライトと、内部にチャネル構造を持つ一部の希少なアルミノケイ酸塩鉱物（ゼオライト）のみです。

スメクタイトは、玄武岩、斑れい岩、シリカに富む火山ガラス（軽石、黒曜石、流紋岩、デイサイトなど）の風化によって形成されます。多くのスメクタイトは、火山性熱水系（間欠泉系など）で形成されます。そこでは、火山灰堆積物（軽石、ポゾラン）の多孔質マトリックスや亀裂を浸透する熱水が、非晶質シリカの大部分（SiO₂の最大50重量%まで溶解可能）を溶解し_、スメクタイトが残ります。このメカニズムは、スペイン、アンダルシア州アルメリア南東部のカボ・デ・ガタにあるベントナイト鉱床（セラタ・デ・ニハル）の形成に関与しています。ワイオミングMX-80ベントナイトは、白亜紀に火山灰がアメリカ大陸の内海に降り注いだ際に、同様の方法で形成されました。多孔質で（比表面積が大きく、容易にアクセスできる ）反応性の高い火山灰は、海水と急速に反応しました。シリカの加水分解により、シリカの大部分が海水に溶解して火山灰から除去され、スメクタイトが形成されました。ベルギーで発見され、スメクタイトを豊富に含むイプレシアン粘土のように、多くの海洋粘土鉱床に見られるスメクタイトは、しばしばこのようにして形成されます。

スメクタイトは、非常に多様な産業用途で広く利用されています。土木工事においては、地中に深く狭い溝を掘削する際に、側壁を支え、崩壊を防ぐために、粘度の高いベントナイトスラリーとして日常的に使用されています。また、掘削泥水としても使用されています。スメクタイト（一般的にはベントナイトと呼ばれる）は、深地層処分場における高レベル放射性廃棄物の周囲の空間を埋める緩衝材および埋め戻し材として有望視されています。さらに、スメクタイトは塗料の添加剤や、様々な製剤の増粘剤としても利用されています。

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