Rutil - Rutile - Wikipedia

Rutil
Hematit-Rutil-57088.jpg
Všeobecné
KategorieOxidové minerály
Vzorec
(opakující se jednotka)		TiO2
Strunzova klasifikace4. DB.05
Krystalový systémČtyřúhelníkový
Křišťálová třídaDitetragonal dipyramidový (4 / mmm)
Symbol HM: (4 / m 2 / m 2 / m)
Vesmírná skupinaP42/ mil
Jednotková buňkaA = 4,5937 Å, C = 2,9587 Á; Z = 2
Identifikace
BarvaHnědá, červenohnědá, krvavě červená, červená, hnědavě žlutá, bledě žlutá, žlutá, bledě modrá, fialová, zřídka trávově zelená, šedavě černá; černá, pokud má vysoký obsah Nb – Ta
Krystalický zvykZejména na Hranolové krystaly, protáhlé a pruhované rovnoběžně s [001]
TwinningBěžné dne {011} nebo {031}; jako dvojčata kontaktu se dvěma, šesti nebo osmi jedinci, cyklická, polysyntetická
Výstřih{110} dobrý, {100} střední, rozchod v {092} a {011}
ZlomeninaNerovný pod-konchoidní
Mohsova stupnice tvrdost6.0–6.5
LeskAdamantine na submetalické
PruhJasně červená až tmavě červená
DiaphaneityNeprůhledné, průhledné v tenkých úlomcích
Specifická gravitace4,23 se zvyšuje s obsahem Nb – Ta
Optické vlastnostiJednoosý (+)
Index lomunω = 2.613, nε = 2,909 (589 nm)
Dvojlom0,296 (589 nm)
PleochroismusSlabá až zřetelně hnědavě červeno-zelenožlutá
RozptylSilný
TavitelnostTavitelné v alkalických uhličitanech
RozpustnostNerozpustný v kyseliny
Běžné nečistotyFe, Nb, Ta
Další vlastnostiSilně anizotropní
Reference[1][2][3][4]

Rutil je minerální složený převážně z oxid titaničitý (TiO2), a je nejběžnější přírodní formou TiO2. Jiné vzácnější polymorfy TiO2 jsou známé, včetně anatase, akaogiit, a brookit.

Rutile má jednu z nejvyšších indexy lomu na viditelné vlnové délky jakéhokoli známého krystalu a také vykazuje obzvláště velký dvojlom a vysoká disperze. Díky těmto vlastnostem je vhodný zejména pro výrobu určitých optických prvků polarizace optika, pro delší viditelnost a infračervený vlnové délky až asi 4,5 μm.

Přírodní rutil může obsahovat až 10% žehlička a významné částky niob a tantal. Rutile odvozuje svůj název od latinský rutilus, červená, ve vztahu k tmavě červené barvě pozorované u některých vzorků při pohledu procházejícím světlem. Rutile byl poprvé popsán v roce 1803 autorem Abraham Gottlob Werner.

Výskyt

Rutilní produkce v roce 2005

Rutil je běžným doplňkovým minerálem při vysoké teplotě a vysokém tlaku metamorfované horniny a v vyvřeliny.

Termodynamicky, rutil je nejstabilnější polymorf TiO2 při všech teplotách, vykazující nižší celkový součet energie zdarma než metastabilní fáze anatasu nebo brookitu.[5] Následkem toho je transformace metastabilního TiO2 polymorfů na rutil je nevratný. Protože má nejnižší molekulární objem ze tří hlavních polymorfů je to obvykle primární fáze nesoucí titan ve většině vysokotlakých metamorfovaných hornin, zejména eklogity.

Rutil v křemenu

V magmatickém prostředí je rutil běžným doplňkovým minerálem plutonické vyvřeliny, ačkoli to se také občas vyskytuje v protlačovaných vyvřelinách, zejména v takových jako kimberlity a lamproity které mají zdroje hlubokého pláště. Anatasa a brookit se nacházejí v magmatickém prostředí, zejména jako produkty z autogenní změna během chlazení plutonických hornin; anatase se také nachází v rýžoviště vklady pochází z primárního rutilu.

Výskyt velkých krystalů vzorků je nejběžnější v pegmatity, skarns, a žula greisens. Rutil se v některých vyskytuje jako doplňkový minerál změněné vyvřeliny a jistě ruly a břidlice. Ve skupinách jehlicovitých krystaly často je vidět pronikání křemen jako v fléches d'amour z Graubünden, Švýcarsko. V roce 2005 Sierra Leone v západní Afrika měla výrobní kapacitu 23% celosvětové roční dodávky rutilu, která v roce 2008 vzrostla na přibližně 30%.

Krystalická struktura

The jednotková buňka rutilu. Atomy Ti jsou šedé; O atomy jsou červené.
Chemický model kuličky a tyčinky krystalu rutilu
Rozšířená krystalová struktura rutilu

Rutile má čtyřúhelníkový jednotková buňka, s parametry jednotkové buňky A = b = 4,584 Á, a C = 2,953 Å.[6] Titanové kationty mají koordinační číslo 6, což znamená, že jsou obklopeny osmistěnem se 6 atomy kyslíku. Kyslíkové anionty mají koordinační číslo 3, což vede k trigonální rovinné koordinaci. Rutile také ukazuje osu šroubu, když jsou jeho oktaedry zobrazeny postupně.[7]

Rutilní krystaly jsou nejčastěji pozorovány jako hranolové nebo jehlicovité růstový zvyk s preferenční orientací podél jejich C osa, [001] směr. Tento růstový zvyk je upřednostňován, protože {110} aspekty rutilu vykazují nejnižší povrchová volná energie a jsou proto termodynamicky nejstabilnější.[8] The C-osově orientovaný růst rutilu se zjevně objevuje v nanorody, nanodráty a abnormální růst zrna jevy této fáze.

Použití a ekonomický význam

Šikmé krystaly rutilu vyčnívající z a křemen krystal

V dostatečně velkém množství v pláž písky, rutil tvoří důležitou složku těžké minerály a Ruda vklady. Horníci extrahují a oddělují cenné minerály - např. Rutil, zirkon, a ilmenit. Hlavní použití rutilu je výroba žáruvzdorný keramický, jako pigment a na výrobu titan kov.

Jemně práškovaný rutil je brilantně bílý pigment a používá se v barvy, plasty, papír, potraviny a další aplikace, které vyžadují jasně bílou barvu. Oxid titaničitý pigment je celosvětově jediné největší využití titanu. Částice rutilu v nanoměřítku jsou průhledné viditelné světlo ale jsou vysoce efektivní v vstřebávání z ultrafialový záření. UV absorpce rutilových částic o velikosti nano je posunutá modře ve srovnání s objemovým rutilem, takže UV záření s vyšší energií je absorbováno nanočástice. Proto se používají v opalovací krémy k ochraně před poškozením kůže způsobeným UV zářením.

Malé rutilové jehly přítomné v drahokamy jsou zodpovědní za optický jev známý jako asterismus. Asteriované drahokamy jsou známé jako „hvězdné“ drahokamy. Hvězda safíry, hvězda rubíny „a další„ hvězdné “drahokamy jsou velmi vyhledávané a jsou obecně cennější než jejich běžné protějšky.

Rutile je široce používán jako svařování kryt elektrody. Používá se také jako součást ZTR index, který vysoce klasifikuje zvětralý sedimenty.

Rutil jako velká mezera v pásmu polovodič, byl v posledních desetiletích předmětem významného výzkumu zaměřeného na aplikace jako funkční oxid pro aplikace v fotokatalýza a zředěný magnetismus.[9] Výzkumné snahy obvykle využívají spíše malé množství syntetického rutilu než materiálů odvozených od minerálů.

Syntetický rutil

Syntetický rutil byl poprvé vyroben v roce 1948 a prodává se pod různými názvy. Může být vyroben z titanové rudy ilmenit skrz Becherův proces. Velmi čistý syntetický rutil je průhledný a téměř bezbarvý, lehce žlutý, na velké kusy. Syntetický rutil lze vyrobit v různých barvách dopingem. Výška index lomu dává adamantin lesk a silný lom, který vede k a diamant -jako vzhled. Téměř bezbarvý diamantová náhražka se prodává jako „Titania“, což je staromódní chemický název pro tento oxid. Rutil se však používá jen zřídka šperky protože to není moc tvrdý (odolný proti poškrábání), měřící pouze asi 6 na Mohsova stupnice tvrdosti.

V důsledku rostoucího zájmu o výzkum fotokatalytické aktivita oxidu titaničitého v anatasové i rutilové fázi (stejně jako dvoufázové směsi těchto dvou fází), rutil TiO2 ve formě prášku a tenkého filmu se často vyrábí v laboratorních podmínkách cestou založenou na řešení s použitím anorganických prekurzorů (obvykle TiCl4 ) nebo organokovové prekurzory (typicky alkoxidy jako např isopropoxid titaničitý, také známý jako TTIP). V závislosti na podmínkách syntézy může být první fáze, která krystalizuje, metastabilní anatase fáze, kterou lze poté tepelným zpracováním převést na rovnovážnou rutilovou fázi. Fyzikální vlastnosti rutilu se často modifikují použitím dopující látky propůjčit zlepšenou fotokatalytickou aktivitu zlepšenou separací nosičů náboje generovanou fotkami, změnami elektronických struktur pásu a zlepšenou povrchovou reaktivitou.

Viz také

Reference

  1. ^ Příručka mineralogie.
  2. ^ Webminerální data.
  3. ^ Mindat.org.
  4. ^ Klein, Cornelis a Cornelius S. Hurlbut, 1985, Manual of Mineralogy, 20. vydání, John Wiley and Sons, New York, str. 304–05, ISBN  0-471-80580-7.
  5. ^ Hanaor, D. A. H .; Assadi, M. H. N .; Li, S .; Yu, A .; Sorrell, C. C. (2012). "Ab initio studie fázové stability v dopovaném TiO2". Výpočetní mechanika. 50 (2): 185–94. arXiv:1210.7555. Bibcode:2012CompM..50..185H. doi:10.1007 / s00466-012-0728-4.
  6. ^ Diebold, Ulrike (2003). „Věda o povrchu oxidu titaničitého“ (PDF). Zprávy o povrchových vědách. 48 (5–8): 53–229. Bibcode:2003SurSR..48 ... 53D. doi:10.1016 / S0167-5729 (02) 00100-0. Archivovány od originál (PDF) dne 12.6.2010.
  7. ^ "Rutilová struktura", Steven Dutch, Natural and Applied Sciences, University of Wisconsin - Green Bay.
  8. ^ Hanaor, Dorian A.H .; Xu, Wanqiang; Ferry, Michael; Sorrell, Charles C .; Sorrell, Charles C. (2012). "Abnormální růst zrna rutilového TiO2 vyvolané ZrSiO4". Journal of Crystal Growth. 359: 83–91. arXiv:1303.2761. Bibcode:2012JCrGr.359 ... 83H. doi:10.1016 / j.jcrysgro.2012.08.015.
  9. ^ Magnetismus v polymorfech oxidu titaničitého J. Aplikovaná fyzika

externí odkazy