Рутил - Rutile
| Рутил | |
|---|---|
 | |
| Общий | |
| Категория | Оксидные минералы |
| Формула (повторяющийся блок) | TiO2 |
| Классификация Струнца | 4.DB.05 |
| Кристаллическая система | Тетрагональный |
| Кристалл класс | Дитетрагональный дипирамидальный (4 / ммм) Символ HM: (4 / м 2 / м 2 / м) |
| Космическая группа | п42/ млн. |
| Ячейка | а = 4,5937 Å, c = 2,9587 Å; Z = 2 |
| Идентификация | |
| Цвет | Коричневый, красновато-коричневый, кроваво-красный, красный, коричневато-желтый, бледно-желтый, желтый, бледно-голубой, фиолетовый, реже травянисто-зеленый, серовато-черный; черный, если высокое содержание Nb – Ta |
| Хрустальная привычка | Игольчатый Призматический кристаллы, удлиненные и бороздчатые, параллельные [001] |
| Twinning | Часто встречается на {011} или {031}; как контактные близнецы с двумя, шестью или восемью особями, циклические, полисинтетические |
| Расщепление | {110} хороший, {100} умеренный, прощание на {092} и {011} |
| Перелом | Неравномерный к суб-раковинный |
| Шкала Мооса твердость | 6.0–6.5 |
| Блеск | Адамантин к субметаллическому |
| Полоса | От ярко-красного до темно-красного |
| Прозрачность | Непрозрачный, прозрачный тонкими фрагментами |
| Удельный вес | 4.23 возрастает с увеличением содержания Nb – Ta |
| Оптические свойства | Одноосный (+) |
| Показатель преломления | пω = 2.613, пε = 2,909 (589 нм) |
| Двулучепреломление | 0,296 (589 нм) |
| Плеохроизм | От слабого до отчетливого коричневатого красно-зелено-желтого |
| Дисперсия | Сильный |
| Плавкость | Плавкий в карбонатах щелочных металлов |
| Растворимость | Не растворим в кислоты |
| Общие примеси | Fe, Nb, Ta |
| Другие характеристики | Сильно анизотропный |
| Рекомендации | [1][2][3][4] |
Рутил это минеральная состоит в основном из оксид титана (TiO2), и является наиболее распространенной природной формой TiO2. Другое реже полиморфы TiO2 известны, в том числе анатаз, акаогиите, и Brookite.
Рутил имеет один из самых высоких показатели преломления в видимые длины волн любого известного кристалла, а также демонстрирует особенно большой двулучепреломление и высокий разброс. Благодаря этим свойствам он полезен для изготовления некоторых оптических элементов, особенно поляризация оптика, для большей видимости и инфракрасный длины волн примерно до 4,5 мкм.
Природный рутил может содержать до 10% утюг и значительное количество ниобий и тантал. Рутил получил свое название от латинский рутилус, красный, в отношении темно-красного цвета, наблюдаемого у некоторых экземпляров в проходящем свете. Рутил был впервые описан в 1803 г. Авраам Готтлоб Вернер.
Вхождение
Рутил - распространенный вспомогательный минерал при высоких температурах и давлениях. метаморфических пород И в Магматические породы.
Термодинамически, рутил - наиболее устойчивый полиморф TiO2 при всех температурах, показывая более низкий общий свободная энергия чем метастабильный фазы анатаза или брукита.[5] Следовательно, превращение метастабильного TiO2 превращение в рутил необратимо. Поскольку у него самый низкий молекулярный объем из трех основных полиморфов, это, как правило, первичная титансодержащая фаза в большинстве метаморфических пород высокого давления, в основном эклогиты.
В магматической среде рутил является обычным вспомогательным минералом в плутонический магматические породы, хотя он также иногда встречается в экструзионных магматических породах, особенно таких как кимберлиты и лампроиты имеющие глубинные мантийные источники. Анатаз и брукит встречаются в магматической среде, особенно как продукты аутогенное изменение при остывании плутонических пород; анатаз также находится в россыпные месторождения происходит из первичного рутила.
Крупные кристаллы образцов чаще всего встречаются в пегматиты, скарны, и гранит грейзены. Рутил встречается как вспомогательный минерал в некоторых измененные магматические породы, а в некоторых гнейсы и сланцы. В группах игольчатых кристаллы это часто видно проникающим кварц как в Fléches d'amour из Граубюнден, Швейцария. В 2005 г. Сьерра-Леоне в Западная Африка производственные мощности составляли 23% от мирового годового предложения рутила, которое выросло примерно до 30% в 2008 году.
Кристальная структура
Рутил имеет четырехугольный ячейка, с параметрами элементарной ячейки а = б = 4,584 Å и c = 2,953 Å.[6] Катионы титана имеют координационное число 6, что означает, что они окружены октаэдром из 6 атомов кислорода. Анионы кислорода имеют координационное число 3, что приводит к плоской тригональной координации. Рутил также показывает ось винта, когда его октаэдры рассматриваются последовательно.[7]
Кристаллы рутила обычно имеют призматическую или игольчатую форму. привычка к росту с преимущественной ориентацией по их c ось [001] направление. Эта привычка роста является благоприятной, поскольку грани {110} рутила демонстрируют наименьшее поверхностная свободная энергия и поэтому термодинамически наиболее стабильны.[8] В c-осный рост рутила отчетливо проявляется в наностержни, нанопровода и аномальный рост зерна явления этой фазы.
Использование и экономическое значение
В достаточно большом количестве в пляж пески, рутил является важным компонентом тяжелые минералы и руда депозиты. Майнеры добывают и отделяют ценные минералы - например, рутил, циркон, и ильменит. Основное применение рутила - производство огнеупорный керамика, как пигмент, и для производства титан металл.
Тонкоизмельченный рутил - блестящий белый пигмент, используемый в краски, пластмассы, бумага, продукты питания и другие приложения, требующие ярко-белого цвета. Оксид титана пигмент - это самая большая область применения титана во всем мире. Наноразмерные частицы рутила прозрачны для видимый свет но очень эффективны в поглощение из ультрафиолетовый радиация. Поглощение ультрафиолетового излучения наноразмерными частицами рутила смещено в синий цвет по сравнению с массивным рутилом, поэтому ультрафиолетовый свет с более высокой энергией поглощается наночастицы. Следовательно, они используются в солнцезащитные кремы для защиты от повреждений кожи, вызванных ультрафиолетом.
Маленькие иглы рутила присутствуют в драгоценные камни несут ответственность за оптическое явление известный как астеризм. Связанные драгоценные камни известны как драгоценные камни «звезды». Звезда сапфиры, звезда рубины, и другие «звездные» камни пользуются большим спросом и, как правило, более ценны, чем их обычные аналоги.
Рутил широко используется в качестве сварка электродное покрытие. Он также используется в составе Индекс ЗТР, который высоко оценивает выдержанный отложения.
Рутил, как большая запрещенная зона полупроводник, в последние десятилетия был предметом значительных исследований в области применения в качестве функционального оксида для применения в фотокатализ и разбавить магнетизм.[9] В исследовательских усилиях обычно используются небольшие количества синтетического рутила, а не материалов, полученных из минеральных отложений.
Синтетический рутил
Синтетический рутил впервые был произведен в 1948 году и продается под разными названиями. Его можно производить из титановой руды. ильменит сквозь Процесс Бехера. Очень чистый синтетический рутил прозрачный и почти бесцветный, слегка желтоватый, крупными частями. Синтетический рутил может быть получен различных цветов путем легирования. Высота показатель преломления дает адамантин блеск и сильное преломление, которое приводит к алмаз -подобный внешний вид. Почти бесцветный заменитель алмаза продается как «Титания», что является старомодным химическим названием этого оксида. Однако рутил редко используется в украшения потому что это не очень жесткий (устойчивый к царапинам), измеряя только около 6 на Шкала твердости Мооса.
В результате растущего исследовательского интереса к фотокаталитический активность диоксида титана в фазах анатаза и рутила (а также в двухфазных смесях двух фаз), рутил TiO2 в виде порошка и тонкой пленки часто изготавливается в лабораторных условиях с использованием растворов на основе неорганических прекурсоров (обычно TiCl4 ) или металлоорганических предшественников (обычно алкоксиды, такие как изопропоксид титана, также известный как TTIP). В зависимости от условий синтеза первая кристаллизующаяся фаза может быть метастабильной. анатаз фаза, которая затем может быть преобразована в равновесную фазу рутила посредством термической обработки. Физические свойства рутила часто модифицируют с помощью присадки для придания улучшенной фотокаталитической активности за счет улучшенного разделения фотогенерируемых носителей заряда, изменения структуры электронных зон и улучшенной поверхностной реакционной способности.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Справочник по минералогии.
- ^ Веб-минеральные данные.
- ^ Mindat.org.
- ^ Кляйн, Корнелис и Корнелиус С. Херлбут, 1985, Руководство по минералогии, 20-е изд., John Wiley and Sons, New York, pp. 304–05, ISBN 0-471-80580-7.
- ^ Hanaor, D.A.H .; Ассади, М. Х. Н .; Li, S .; Ю, А .; Соррелл, К. С. (2012). "Ab initio исследование фазовой стабильности в легированном TiO.2". Вычислительная механика. 50 (2): 185–94. arXiv:1210.7555. Bibcode:2012CompM..50..185H. Дои:10.1007 / s00466-012-0728-4.
- ^ Дибольд, Ульрике (2003). «Наука о поверхности диоксида титана» (PDF). Отчеты по науке о поверхности. 48 (5–8): 53–229. Bibcode:2003 СурСР..48 ... 53Д. Дои:10.1016 / S0167-5729 (02) 00100-0. Архивировано из оригинал (PDF) на 12.06.2010.
- ^ «Структура рутила», Стивен Датч, естественные и прикладные науки, Университет Висконсина - Грин-Бей.
- ^ Hanaor, Dorian A.H .; Сюй, Ванцян; Ферри, Майкл; Соррелл, Чарльз С .; Соррелл, Чарльз К. (2012). «Аномальный рост зерен рутилового TiO.2 индуцированный ZrSiO4". Журнал роста кристаллов. 359: 83–91. arXiv:1303.2761. Bibcode:2012JCrGr.359 ... 83H. Дои:10.1016 / j.jcrysgro.2012.08.015.
- ^ Магнетизм в полиморфных модификациях диоксида титана J. Прикладная физика
внешняя ссылка
- . Энциклопедия Американа. 1920.
