Manyetit

Manyetit, spinal yapısındaki ferrimanyetik, Fe3O4 formülüyle gösterilen demir mineralidir. Ferro-ferrik oksit olarak da bilinen manyetit ayrıca demir 2-3 oksit olarak da adlandırılır. Kimyasal formülü FeO.Fe2O3 şeklinde de yazılmaktadır. Bu gösterim demirin iki farklı değerliğe aynı anda (2+ ve 3+) sahip olduğunu göstermektedir. Manyetik özelliğini 858 K'in üzerinde kaybetmektedir.

Manyetit bir kaya mineralidir ve Fe3O4 kimyasal formülü ile ana demir cevherlerinden birini oluşturur.  Demirin oksitlerinden biridir ve ferrimanyetiktir; bir mıknatısa çekilir, kalıcı bir mıknatıs haline gelmesi için de mıknatıslanabilir. Dünya üzerinde doğal olarak bulunan tüm minerallerin en manyetiğidir. Doğal olarak mıknatıslanmış lodestone adı verilen manyetit parçaları, eski insanların ilk olarak manyetizmanın özelliğini keşfettikleri küçük demir parçalarını çekecek durumdadır, bugün demir cevheri olarak çıkarılmaktadır.

Hemen hemen tüm magmatik ve metamorfik kayaçlarda küçük manyetit taneleri oluşmaktadır. Manyetit siyah veya kahverengimsi siyahtır, metalik bir parlaklığa sahiptir, 5–6 Mohs sertliğine sahiptir ve siyah bir çizgi bırakır.

Magmatik kayaçlara ek olarak, manyetit şeritli demir oluşumları da dahil olmak üzere sedimanter kayaçlarda ve hem zararlı taneler hem de manyetofosiller olarak göl ve deniz çökeltilerinde meydana gelir. Manyetit nanoparçacıkların topraklarda oluştuğu düşünülmektedir, burada muhtemelen hızla maghemite oksitlenirler.

Manyetitin kimyasal bileşimi Fe2 + Fe23 + O42−'dir. Yapısının ana detayları 1915 yılında açığa kavuşmuştır. X ışını kırınımı kullanılarak elde edilen ilk kristal yapılardan biridir. Yapı ters spinel olup  O2− iyonları yüz merkezli bir kübik kafes oluşturur. Geçiş bölgelerini işgal eden demir katyonlarıdır. Fe3 + katyonlarının yarısı tetrahedral bölgeleri, diğer yarısı Fe2 + katyonları ile birlikte oktahedral bölgeleri işgal eder. Birim hücre 32 02 iyondan oluşur ve birim hücre uzunluğu a = 0.839 nm'dir.

Spinel grubunun bir üyesi olarak manyetit, ulvospinel (Fe2TiO4), hersinit (FeAl2O4) ve kromit (FeCr2O4) dahil olmak üzere benzer şekilde yapılandırılmış minerallerle katı çözeltiler oluşturabilir. Tiif manyetit olarak da bilinen titanomagnetit, manyetit ve ulvospinel arasında birçok mafik magmatik kayaçta kristalize olan katı bir çözeltidir. Titanomagnetit, soğutma sırasında oksiksolüsyona uğrayabilir, bu da manyetit ve ilmenitin büyümesine neden olur.

Hidrotermal sentez genellikle 10 mm genişliğinde tek oktahedral kristaller üretir. 416-800 °C'de 0.1M HI veya 2M NH4Cl gibi mineralleştiriciler ve 0.207 MPa'da manyetit, şekilleri eşkenar dörtgen-dodekrahedra formlarının bir kombinasyonu olan kristaller olarak büyür. Kristaller normalden daha yuvarlaktır. Daha yüksek formların ortaya çıkması yuvarlak kristallerdeki alt yüzey / hacim oranının neden olduğu yüzey enerjilerindeki azalmanın bir sonucu olarak değerlendirilmiştir.

Manyetit, kayaçların oluştuğu koşulları anlamada önem oluşturur. Manyetit, hematit üretmek için oksijen ile reaksiyona girer ve mineral çifti, oksijen fugasitesini kontrol edebilen bir tampon oluşturur. Yaygın olarak, magmatik kayaçlar hem titanomagnetit hem de hemoilmenit veya titanohematitin katı çözeltilerini içerir. Mineral çiftlerinin bileşimleri, magmanın oksitlenmenin nasıl olduğunu hesaplamak için kullanılır (yani, magmanın oksijen fugasitesi): Magmalarda bir dizi oksitleyici koşul bulunur ve oksidasyon durumu, magmaların fraksiyonel kristalleşme ile nasıl gelişebileceğini belirlemeye yardımcı olur. Manyetit ayrıca peridotitlerden ve dunitlerden serpantinleşme ile üretilir.

Lodestones, manyetik pusulanın erken bir formu olarak kullanılmıştır. Manyetit tipik olarak kayalarda baskın manyetik imzayı taşır ve bu nedenle plaka tektoniklerini anlamada önemli bir bilim ve manyetohidrodinamik ve diğer bilimsel alanlar için tarihi verilerdir, paleomanyetizma için kritik bir araçtır.

Manyetit ve ilmenit, hematit ve ulvospinel gibi diğer demir oksit mineralleri arasındaki ilişkiler çok çalışılmıştır; bu mineraller ve oksijen arasındaki reaksiyonlar manyetitin Dünya'nın manyetik alanının kaydını nasıl ve ne zaman koruduğunu etkiler.

Düşük sıcaklıklarda manyetit, monoklinik bir yapıdan Verwey geçişi olarak bilinen kübik bir yapıyı kristal yapı faz geçişine uğratır. Optik çalışmalar, bu metalin izolatöre geçişinin keskin olduğunu ve 120 K civarında gerçekleştiğini göstermektedir. Verwey geçişi tane büyüklüğü, etki alanı durumu, basınç, ve demir-oksijen stokiyometrisine bağlıdır. Verwey geçişinin yakınında 130 K civarında bir izotropik nokta oluşur, bu noktada manyetokristal anizotropi sabitinin işareti pozitiften negatife değişir. Manyetitin Curie sıcaklığı 858 K'dır (585 °C; 1,085 °F).

Manyetit bazen sahil kumu içinde büyük miktarlarda bulunur. Bu tür siyah kumlar (mineral kumları veya demir kumları) Hong Kong'daki Lung Kwu Tan; California, ABD; ve Yeni Zelanda'nın Kuzey Adası'nın batı kıyısında bulunur. Kayalardan aşınmış olan manyetit, nehirler tarafından sahile taşınır ve dalga hareketi ve akımlarla konsantre edilir. Şeritli demir oluşumlarında büyük tortular bulunmuştur. Bu tortul kayaçlar Dünya atmosferinin oksijen içeriğindeki değişiklikleri çıkarmak için kullanılmıştır.

Şili'nin Atacama bölgesinde büyük manyetit yatakları da bulunur; Uruguay'ın Sevgililer bölgesi; Kiruna, İsveç; Batı Avustralya'daki Pilbara, Midwest ve Kuzey Goldfield bölgeleri; Güney Avustralya'daki Eyre Yarımadası; Yeni Güney Galler Tallawang bölgesi; ve ABD'nin New York'un Adirondack bölgesinde aynı şekildedir. Moritanya'nın en yüksek dağı olan Kediet ej Jill, tamamen mineralden yapılmıştır. Mevduat ayrıca Norveç, Almanya, İtalya, İsviçre, Güney Afrika, Hindistan, Endonezya, Meksika, Hong Kong ve Oregon, New Jersey, Pennsylvania, Kuzey Carolina, Batı Virginia, Virginia, New Mexico, Utah ve Colorado'da da bulunur. Birleşik Devletler’ in  2005 yılında bir keşif şirketi olan Cardero Resources, Peru'da büyük bir manyetit taşıyan kumul yatağı keşfetmiştir. Kumul alanı 250 kilometrekarelik bir alanı kaplar ve en yüksek kumul çöl tabanından 2.000 metreden (6.560 ft) yüksektir. Kum %10 manyetit içerir.

Yeterince büyük miktarlarda manyetit pusula navigasyonunu etkileyebilir. Tazmanya'da, pusulaları büyük ölçüde etkileyebilecek yüksek mıknatıslanmış kayalara sahip birçok alan vardır. Tazmanya'da navigasyon sorunlarını en aza indirmek için pusula kullanırken ekstra adımlar ve tekrarlanan gözlemler gereklidir.

Biyomanyetizma genellikle organizmalarda yaygın olarak bulunan manyetitin biyojenik kristallerinin varlığı ile ilişkilidir. Bu organizmalar, bakterilerden (örneğin, Magnetospirillum magnetotacticum) türlere bağlı olarak farklı organlarda manyetit kristalleri (ve manyetik olarak hassas diğer bileşiklerin) bulunduğu insanlar dahil hayvanlara kadar uzanmaktadır. Biyomıknatıslar zayıf manyetik alanların biyolojik sistemler üzerindeki etkilerini açıklamaktadır. Ayrıca elektrik ve manyetik alanlarda (galvanotaksi) hücresel duyarlılığın kimyasal bir temeli de vardır.

Saf manyetit parçacıkları, çeşitli manyetotaktik bakteri türleri tarafından üretilen manyetozomlarda biyo-mineralize edilir. Manyetozomlar, bakteriler tarafından navigasyon için kullanılan uzun yönlendirilmiş manyetit parçacık zincirlerinden oluşur.

Bu bakterilerin ölümünden sonra, manyetozomlardaki manyetit parçacıkları tortularda manyetofosil olarak korunabilir. Manyetotaktik olmayan bazı anaerobik bakteri türleri, amorf ferrik oksidi manyetite indirgeyerek oksijensiz sedimanlarda manyetit oluşturabilir.

Birkaç kuş türünün manye-alıcılık için üst gagada manyetit kristalleri içerdiği bilinmektedir (29) (retinadaki kriptokromlarla birlikte). ortam manyetik alanının yönünü, polaritesini ve büyüklüğünü algılama becerisi sağlar.

Bir yumuşakça türü olan chitons, radula olarak bilinen, manyetit kaplı dişler veya diş dişleriyle kaplı bir dil yapısına sahiptir. Manyetitin sertliği yiyeceklerin parçalanmasına yardımcı olur ve manyetik özellikleri de ayrıca navigasyona yardımcı olabilir. Biyolojik manyetit, organizmanın maruz kaldığı manyetik alanlar hakkında bilgi depolayarak potansiyel olarak bilim insanlarının göçü hakkında bilgi edinmesine izin verebilir. Organizma veya zaman içinde Dünya'nın manyetik alanındaki değişiklikler hakkında bilgi verir.

Doku örneklerinin elektron mikroskobu taramaları, vücudun kendi hücreleri tarafından üretilen manyetit ile havadaki kirlilikten emilen manyetit, doğal formların pürüzlü ve kristal halini alırken, manyetit kirliliği yuvarlak nanoparçacıklar olarak ortaya çıkabilir. Potansiyel olarak insan sağlığı tehlikesi olan havadaki manyetit, kirliliğin (özellikle yanma) bir sonucudur. Bu nanoparçacıklar, beyindeki manyetit konsantrasyonunu artırarak koku alma siniri yoluyla beyne gidebilirler. Bazı beyin örneklerinde, nanoparçacık kirliliği doğal parçacıklardan 100: 1 kadar daha fazladır ve bu tür kirlilik kaynaklı manyetit parçacıkları anormal sinirsel bozulmaya bağlanabilir.

Bir çalışmada, karakteristik nanopartiküller 37 kişinin beyninde bulundu: Bunlardan 29'u, 3 ila 85 yaşlarında, önemli bir hava kirliliği sıcak noktası olan Mexico City'de yaşadı ve öldü. 62-92 yaşlarındaki sekiz kişi de Manchester'dan geldi ve bazıları nörodejeneratif hastalıkların şiddetleri nedeniyle öldü. Lancaster Üniversitesi'nden Prof. Barbara Maher tarafından yönetilen ve Ulusal Bilimler Akademisi Bildiriler Kitabı'nda yayınlanan araştırmacılara göre, bu parçacıklar Alzheimer hastalığı gibi hastalıklara makul bir şekilde katkıda bulunabilir.

Nedensel bir bağlantı kurulmamasına rağmen, laboratuvar çalışmaları manyetit gibi demir oksitlerin beyindeki Alzheimer hastalığına bağlı protein plaklarının bir bileşeni olduğunu göstermektedir.Alzheimer hastalarında beynin bazı kısımlarında artmış demir seviyeleri, özellikle manyetik demir bulunmuştur. Demir konsantrasyonlarındaki değişiklikleri izlemek, manyetit ve ferritin arasındaki ilişki nedeniyle semptomların başlamasından önce nöron kaybını ve nörodejeneratif hastalıkların gelişimini tespit etmeyi mümkün kılabilir.

Dokuda, manyetit ve ferritin, kontrast oluşturan manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ile etkileşime girecek küçük manyetik alanlar üretebilir. Huntington hastalarında artmış manyetit seviyeleri görülmemiştir; bununla birlikte, çalışma farelerinde yüksek seviyeler bulunmuştur. Uygulamalar Yüksek demir içeriği nedeniyle manyetit uzun süredir önemli bir demir cevheri olmuştur. Yüksek fırınlarda çeliğe dönüştürmek için pik demire veya sünger demire indirgenir. Manyetik kayıt Manyetik asetat bant kullanılarak ses kaydı 1930'larda geliştirildi. Alman manyetofonunda kayıt ortamı olarak manyetit tozu kullanıldı. II. Dünya Savaşı'nın ardından 3M Şirketi Alman tasarımı üzerine çalışmaya devam etti. 1946'da 3M araştırmacıları, manyetiti gama ferrik oksit (γ-Fe2O3) iğne şeklindeki parçacıkları ile değiştirerek kübik kristallerin tozlarını kullanan manyetit bazlı bandı geliştirebileceklerini keşfettiler.

Dünya enerji bütçesinin yaklaşık% 2-3'ü, manyetit türevi katalizörlere dayanan azot fiksasyonu için Haber Prosesine tahsis edilmiştir. Endüstriyel katalizör, genellikle yüksek saflıkta manyetitin azaltılmasıyla elde edilen ince öğütülmüş demir tozundan elde edilir. Toz haline getirilmiş demir metal, tanımlı bir tanecik boyutuna sahip manyetit veya wüstit vermek üzere yakılır (oksitlenir). Manyetit (veya wüstit) parçacıkları daha sonra kısmen indirgenir ve işlemdeki oksijenin bir kısmı giderilir. Elde edilen katalizör parçacıkları, bir wüstit kabuğuna yerleştirilmiş bir manyetit çekirdeğinden oluşur ve bu da demir metalin bir dış kabuğu ile çevrelenir. Katalizör, indirgeme sırasında kütle hacminin büyük bir kısmını muhafaza eder, bu da bir katalizör olarak etkinliğini arttıran, oldukça gözenekli, yüksek yüzeyli bir malzeme ile sonuçlanır.

Manyetit mikro ve nanopartiküller biyomedikalden çevreye kadar çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Bir kullanım su arıtmadadır: yüksek gradyanlı manyetik ayırmada, kontamine suya sokulan manyetit nanoparçacıkları, askıdaki partiküllere (örneğin katılar, bakteriler veya plankton) bağlanır ve sıvının dibine yerleşerek kirleticilerin çıkarıldı ve manyetit parçacıkları geri dönüştürülüp yeniden kullanılacak. Bu yöntem radyoaktif ve kanserojen partiküllerle de çalışarak, su sistemlerine giren ağır metaller durumunda önemli bir temizleme aracı olmasını sağlar. Bu ağır metaller, ülke çapında kullanımda olan çeşitli endüstriyel süreçler nedeniyle havzalara girebilir. Kirletici maddeleri vatandaşlar için potansiyel içme suyundan çıkarabilmek, kirlenmiş su içmekle ilişkili sağlık risklerini büyük ölçüde azalttığı için önemli bir uygulamadır. Manyetik nanoparçacıkların bir başka uygulaması ferrofluidlerin yaratılmasıdır. Bunlar oynamak için eğlenceli olmasının yanı sıra çeşitli şekillerde kullanılır. Ferrofluidler insan vücudunda hedefli ilaç dağıtımı için kullanılabilir. İlaç moleküllerine bağlı partiküllerin mıknatıslanması, çözeltinin vücudun istenen alanına "manyetik olarak sürüklenmesine" izin verir. Bu, bir bütün olarak vücuttan ziyade vücudun sadece küçük bir bölgesinin tedavisine izin verir ve diğer şeylerin yanı sıra kanser tedavisinde oldukça faydalı olabilir. Ferrofluidler ayrıca manyetik rezonans görüntüleme (MRI) teknolojisinde de kullanılmaktadır.

Kömürün atıklardan ayrılması için yoğun orta banyolar kullanıldı. Bu teknik, kömür (m³ başına 1.3-1.4 ton) ve şeyller (m³ başına 2.2-2.4 ton) arasındaki yoğunluk farkını kullanmıştır. Ara yoğunlukta (manyetitli su) bir ortamda, taşlar düşer ve kömür yüzer.