クリソタイル（アスベスト）の結晶構造

先日クリソタイルという鉱物を購入しました（￥500）。

これはアスベスト（石綿）の一種です。

ご存知の通りアスベストはその発がん性により厳しく規制されていますが、本当に綿のような見ためで、非常に興味深い結晶構造をしています。

今回はそんな不思議な天然鉱物であるクリソタイルについて、なぜ綿のような結晶になるのかを結晶構造をもとにご紹介いたします。



クリソタイルの性質

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クリソタイル（Quebec, Canada産）
2015/04/26 筆者撮影

物質名： クリソタイル（Chrysotile）

化学式： Mg₃Si₂O₅(OH)₄

綿のような白色繊維状鉱物で、アスベスト（石綿）の一種。

【アスベスト】
蛇紋石（クリソタイル）や角閃石（クロシドライト等）が繊維状に変形した天然の鉱石で繊維状ケイ酸塩鉱物の総称。
耐久性、耐熱性、耐薬品性、電気絶縁性が高く、かつては建材等に用いられたが、その針状微粒子を吸い込むと肺に刺さってガンを引き起こすことがわかり、製造・使用禁止に。

クリソタイルはもっともよく使われるアスベストで、アスベストのうち95%くらいがこの鉱物であるとか。

綿のような外見・手触りですが、無機物なので不燃性です。

耐熱性は極めて高く、脱水反応が起こる650℃くらいまでは平気みたいです。

クリソタイルはカナダで多く産出されます。



クリソタイルの結晶構造

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クリソタイルの結晶構造
Si：肌色、Mg：黄緑、O：赤（Hは省略）。以下同じ。

a軸方向から見たクリソタイルの結晶構造

b軸方向から見たクリソタイルの結晶構造

c軸方向から見たクリソタイルの結晶構造

クリソタイルはSiO₄四面体シリケート層と、MgO₆八面体水酸化マグネシウム層が張り合わされたMg₃Si₂O₅(OH)₄層が、c軸方向に積み重なった層状結晶構造をしています。

模式図で表すと下図のような感じです。

クリソタイル結晶構造の模式図

このような層状構造がx軸（a軸）まわりにカールすることで繊維状の結晶となります（clinochrysotile/orthochrysotile）。

天然のクリソタイルは内径1-10 nm、外径10-50 nm程度の中空のチューブ状微結晶になっているそうです（下図）。

クリソタイルのフィブリル構造模式図

この細長い微結晶が平行に束なってマクロな繊維状結晶になるわけですね。



このように、クリソタイルの層状結晶構造が「石綿」の原理なわけです。

ミクロな視点から見てゆくと、マクロな鉱物の不思議が良く理解できますね。



参考

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• N. Roveri et al, Chem. Eur. J., 2004, 10, 3043-3049, "Tubular-Shaped Stoichiometric Chrysotile Nanocrystals".
• 『鉱物・宝石の不思議』, 近山晶 (監修),ナツメ社 (2004/12)