الروتيل
| الروتيل | |
|---|---|
 | |
| عام | |
| فئة | معادن الأكسيد |
| الصيغة (وحدة متكررة) | تيتانيوم ا 2 |
| رمز IMA | رت [1] |
| تصنيف سترونز | 4.DB.05 |
| نظام الكريستال | رباعي الزوايا |
| فئة الكريستال | ثنائي هرمي رباعي الزوايا (4/ملم) رمز HM : (4/م2/م2/م) |
| مجموعة الفضاء | ص 4 2 /م ن |
| خلية الوحدة | أ = 4.5937 Å، ج = 2.9587 Å؛ ض = 2 |
| تعريف | |
| لون | بني، بني محمر، أحمر دموي، أحمر، أصفر بني، أصفر باهت، أصفر، أزرق باهت، بنفسجي، نادرًا أخضر عشبي، أسود رمادي؛ أسود إذا كان مرتفعًا في Nb–Ta |
| عادة الكريستال | إبر إلى بلورات منشورية ، ممدودة ومخططة موازية لـ [001] |
| التوأمة | شائع في {011}، أو {031}؛ كتوائم ملامسة مع فردين أو ستة أو ثمانية أفراد، دوري، متعدد التخليق |
| انقسام | {110} جيد، {100} معتدل، مفترق {092} و {011} |
| كسر | غير متساوي إلى شبه محاري |
| صلابة مقياس موس | 6.0–6.5 |
| بريق | الماس إلى المعدن |
| أثَر | أحمر فاتح إلى أحمر غامق |
| شفافية | معتم، شفاف في شظايا رقيقة |
| الثقل النوعي | 4.23 زيادة مع محتوى Nb-Ta |
| الخصائص البصرية | أحادي المحور (+) |
| معامل الانكسار | ن ω = 2.613، ن ε = 2.909 (589 نانومتر) |
| ازدواجية الانكسار | 0.296 (589 نانومتر) |
| تعدد الألوان | ضعيف إلى بني محمر-أخضر-أصفر مميز |
| تشتت | قوي |
| انصهار | قابل للانصهار في الكربونات القلوية |
| الذوبان | غير قابل للذوبان في الأحماض |
| الشوائب الشائعة | Fe، Nb، Ta |
| خصائص أخرى | متباين الخواص بشدة |
| مراجع | [2] [3] [4] [5] |
الروتيل هو معدن أكسيدي يتكون من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2 ) ، وهو الشكل الطبيعي الأكثر شيوعًا لثاني أكسيد التيتانيوم . ومن المعروف وجود أشكال أكثر ندرة من ثاني أكسيد التيتانيوم ، بما في ذلك الأناتاز ، والأكاوجيت ، والبروكيت .
يتمتع الروتيل بأحد أعلى مؤشرات الانكسار عند الأطوال الموجية المرئية من بين أي بلورة معروفة، كما يُظهِر أيضًا ازدواجية انكسار كبيرة بشكل خاص وتشتتًا عاليًا . ونظرًا لهذه الخصائص، فهو مفيد في تصنيع بعض العناصر البصرية، وخاصة بصريات الاستقطاب ، لأطوال موجية مرئية وأشعة تحت الحمراء أطول تصل إلى حوالي 4.5 ميكرومتر. قد يحتوي الروتيل الطبيعي على ما يصل إلى 10٪ من الحديد وكميات كبيرة من النيوبيوم والتنتالوم .
يشتق الروتيل اسمه من الكلمة اللاتينية rutilus ('أحمر')، في إشارة إلى اللون الأحمر الغامق الذي يُلاحظ في بعض العينات عند رؤيتها بالضوء المنقول. تم وصف الروتيل لأول مرة في عام 1803 بواسطة أبراهام جوتلوب فيرنر باستخدام عينات تم الحصول عليها في هوركاخويلو دي لا سييرا، مدريد (أسبانيا)، [6] والتي تعد بالتالي موقع النوع.
الحدوث
الروتيل هو معدن إضافي شائع في الصخور المتحولة ذات درجات الحرارة العالية والضغط العالي وفي الصخور النارية .
من الناحية الديناميكية الحرارية ، يعد الروتيل أكثر أشكال ثاني أكسيد التيتانيوم استقرارًا في جميع درجات الحرارة، حيث يُظهر طاقة حرة إجمالية أقل من المراحل غير المستقرة للأناتاز أو البروكيت. [7] وبالتالي، فإن تحويل أشكال ثاني أكسيد التيتانيوم غير المستقرة إلى روتيل لا رجعة فيه. نظرًا لأنه يحتوي على أقل حجم جزيئي من الأشكال الثلاثة الرئيسية، فإنه عادةً ما يكون الطور الأساسي الحامل للتيتانيوم في معظم الصخور المتحولة عالية الضغط، وخاصة الإكلوجيت .
في البيئة النارية، يعد الروتيل معدنًا إضافيًا شائعًا في الصخور النارية الجوفية ، على الرغم من أنه يوجد أيضًا في بعض الأحيان في الصخور النارية الانبثاقية ، وخاصة تلك مثل الكمبرليت واللامبرويت التي لها مصادر عميقة في الوشاح. يوجد الأناتاز والبروكيت في البيئة النارية، وخاصة كمنتجات للتغيير الذاتي أثناء تبريد الصخور الجوفية؛ يوجد الأناتاز أيضًا في رواسب الغرينية المستمدة من الروتيل الأولي.
إن وجود بلورات كبيرة الحجم هو الأكثر شيوعًا في صخور البيجماتيت والسكارن والجرانيت الجريسن . ويوجد الروتيل كمعادن إضافية في بعض الصخور النارية المعدلة ، وفي بعض صخور النيس والشيست . وفي مجموعات من البلورات الإبرية ، غالبًا ما يُرى الروتيل وهو يخترق الكوارتز كما هو الحال في بلورات فليش دامور من جراوبوندن ، سويسرا . في عام 2005، بلغت القدرة الإنتاجية لجمهورية سيراليون في غرب إفريقيا 23% من إمدادات الروتيل السنوية في العالم، والتي ارتفعت إلى حوالي 30% في عام 2008.
البنية البلورية
يحتوي الروتيل على خلية وحدة رباعية الزوايا ، مع معلمات خلية الوحدة a = b = 4.584 Å، و c = 2.953 Å. [8] تحتوي كاتيونات التيتانيوم على رقم تنسيق 6، مما يعني أنها محاطة بثماني سطوح من 6 ذرات أكسجين. تحتوي أنيونات الأكسجين على رقم تنسيق 3، مما ينتج عنه تنسيق مستوٍ ثلاثي الزوايا. يُظهر الروتيل أيضًا محورًا لولبيًا عندما يتم عرض ثماني السطوح بشكل متسلسل. [9] عند تكوينه في ظل ظروف الاختزال، يمكن أن تحدث شواغر الأكسجين، مقترنة بمراكز Ti 3+ . [10] يمكن للهيدروجين دخول هذه الفجوات، حيث يوجد كشاغل فردي للشواغر (يقترن كأيون هيدروجين) أو مكونًا مجموعة هيدروكسيد مع أكسجين مجاور. [10]
من الشائع ملاحظة أن بلورات الروتيل تظهر عادة نمو منشورية أو إبرية مع توجه تفضيلي على طول محورها c ، الاتجاه [001] . هذه العادة في النمو مفضلة لأن جوانب {110} الروتيل تظهر أقل طاقة سطحية حرة وبالتالي فهي الأكثر استقرارًا من الناحية الديناميكية الحرارية. [8] يظهر نمو الروتيل الموجه نحو المحور c بوضوح في قضبان النانو والأسلاك النانوية وظواهر نمو الحبوب غير الطبيعية في هذه المرحلة.
طلب
يشكل الروتيل، بكميات كبيرة في رمال الشاطئ، مكونًا مهمًا للمعادن الثقيلة ورواسب الخام . يستخرج عمال المناجم ويفصلون المعادن الثمينة - على سبيل المثال، الروتيل والزركون والإلمنيت . الاستخدامات الرئيسية للروتيل هي تصنيع السيراميك المقاوم للحرارة ، كصبغة ، وإنتاج معدن التيتانيوم .
الروتيل المطحون الناعم هو صبغة بيضاء لامعة ويستخدم في الدهانات والبلاستيك والورق والأطعمة والتطبيقات الأخرى التي تتطلب لونًا أبيض ساطعًا. صبغة ثاني أكسيد التيتانيوم هي أعظم استخدام للتيتانيوم في جميع أنحاء العالم. جزيئات الروتيل النانوية شفافة للضوء المرئي ولكنها فعالة للغاية في امتصاص الأشعة فوق البنفسجية ( واقي الشمس ). إن امتصاص الأشعة فوق البنفسجية لجزيئات الروتيل النانوية الحجم يتحول إلى اللون الأزرق مقارنة بالروتيل السائب بحيث تمتص الجسيمات النانوية ضوء الأشعة فوق البنفسجية عالي الطاقة. وبالتالي، يتم استخدامها في واقيات الشمس للحماية من تلف الجلد الناجم عن الأشعة فوق البنفسجية.
الإبر الصغيرة من الروتيل الموجودة في الأحجار الكريمة مسؤولة عن ظاهرة بصرية تُعرف باسم " النجمة ". تُعرف الأحجار الكريمة ذات النجمة باسم "الأحجار الكريمة النجمية". تحظى الياقوت النجمي والياقوت الأحمر النجمي والأحجار الكريمة النجمية الأخرى بطلب كبير وهي أكثر قيمة بشكل عام من نظيراتها العادية.
يستخدم الروتيل على نطاق واسع كغطاء لأقطاب اللحام . كما يستخدم أيضًا كجزء من مؤشر ZTR ، الذي يصنف الرواسب شديدة التجوية.
أشباه الموصلات
كان الروتيل، باعتباره شبه موصل ذي فجوة نطاقية كبيرة ، موضوعًا لأبحاث مهمة في العقود الأخيرة فيما يتعلق بتطبيقاته كأكسيد وظيفي لتطبيقات التحفيز الضوئي والمغناطيسية المخففة . [11] تستخدم جهود البحث عادةً كميات صغيرة من الروتيل الاصطناعي بدلاً من المواد المشتقة من الرواسب المعدنية.
الروتيل الصناعي
تم إنتاج الروتيل الصناعي لأول مرة في عام 1948 ويتم بيعه تحت مجموعة متنوعة من الأسماء. يمكن إنتاجه من خام التيتانيوم الإلمنيت من خلال عملية بيشر . الروتيل الصناعي النقي جدًا شفاف وعديم اللون تقريبًا، ويكون أصفر قليلاً، في قطع كبيرة. يمكن تصنيع الروتيل الصناعي بمجموعة متنوعة من الألوان عن طريق التنشيط. يعطي معامل الانكسار العالي لمعانًا من الأدمونتين وانكسارًا قويًا يؤدي إلى مظهر يشبه الماس . يتم بيع بديل الماس عديم اللون تقريبًا باسم "تيتانيا"، وهو الاسم الكيميائي القديم لهذا الأكسيد. ومع ذلك، نادرًا ما يستخدم الروتيل في المجوهرات لأنه ليس صلبًا جدًا (مقاومًا للخدش)، حيث يبلغ حوالي 6 فقط على مقياس صلابة موس .
نتيجة لاهتمام البحث المتزايد بالنشاط الضوئي لثاني أكسيد التيتانيوم، في كل من طور الأناتاز والروتيل (وكذلك الخلطات ثنائية الطور من الطورين)، غالبًا ما يتم تصنيع TiO2 الروتيل في شكل مسحوق وطبقة رقيقة في ظروف معملية من خلال طرق تعتمد على المحلول باستخدام سلائف غير عضوية (عادةً TiCl 4 ) أو سلائف عضوية معدنية (عادةً ألكوكسيدات مثل إيزوبروبوكسيد التيتانيوم ، المعروف أيضًا باسم TTIP). اعتمادًا على ظروف التخليق، قد تكون المرحلة الأولى التي تتبلور هي طور الأناتاز غير المستقر ، والذي يمكن بعد ذلك تحويله إلى طور الروتيل المتوازن من خلال المعالجة الحرارية. غالبًا ما يتم تعديل الخصائص الفيزيائية للروتيل باستخدام المواد المحفزة لإضفاء نشاط ضوئي محسن من خلال تحسين فصل حاملات الشحنة الناتجة عن الضوء، وهياكل النطاق الإلكتروني المتغيرة وتحسين تفاعل السطح.
انظر أيضا
مراجع
- ^ Warr, LN (2021). "رموز المعادن المعتمدة من IMA–CNMNC". مجلة المعادن . 85 (3): 291–320. رمز Bibcode :2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID 235729616.
- ^ دليل علم المعادن.
- ^ بيانات Webmineral.
- ^ Mindat.org.
- ^ كلاين، كورنيليس وكورنيليوس إس. هيرلبوت، 1985، دليل علم المعادن، الطبعة العشرون، جون وايلي وأولاده، نيويورك، ص 304-305، ISBN 0-471-80580-7 .
- ^ كالفو ، ميغيل (2009). المعادن وميناس دي إسبانيا. المجلد. رابعا. Óxidos e hidróxidos (بالإسبانية). مدريد، إسبانيا: Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas de Madrid. مؤسسة غوميز باردو. ص. 237.
- ^ Hanaor, D. A. H.; Assadi, M. H. N.; Li, S.; Yu, A.; Sorrell, C. C. (2012). "دراسة أولية لاستقرار الطور في TiO2 المشوب " . ميكانيكا حسابية . 50 (2): 185–94. arXiv : 1210.7555 . Bibcode :2012CompM..50..185H. doi :10.1007/s00466-012-0728-4. S2CID 95958719.
- ^ ab Hanaor, Dorian AH; Xu, Wanqiang; Ferry, Michael; Sorrell, Charles C.; Sorrell, Charles C. (2012). "نمو حبيبات غير طبيعي لثاني أكسيد التيتانيوم الروتيل الناتج عن أكسيد الزركونيوم SiO4". مجلة نمو البلورات . 359 : 83–91. arXiv : 1303.2761 . Bibcode :2012JCrGr.359...83H. doi :10.1016/j.jcrysgro.2012.08.015. S2CID 94096447.
- ^ "بنية الروتيل"، ستيفن داتش، العلوم الطبيعية والتطبيقية، جامعة ويسكونسن - جرين باي.
- ^ ab Palfey, WR; Rossman, GR; Goddard, WA III (2021). "البنية، والطاقة، والأطياف لشغور الأكسجين في الروتيل: بروز رابطة Ti–HO–Ti". مجلة الكيمياء الفيزيائية . 12 (41): 10175–10181. doi :10.1021/acs.jpclett.1c02850. PMID 34644100. S2CID 238860345.
- ^ المغناطيسية في أشكال ثاني أكسيد التيتانيوم J. Applied Physics
روابط خارجية
- . الموسوعة الأمريكية . 1920.
معادن التيتانيوم | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| معادن الأكسيد |
| ||||
| معادن السيليكات | |||||
| آخر |
| ||||
 بوابة المعادن | |||||
