وستیت

ساختار بلوری وستیت
وستیت (Wustite) یک ماده معدنی ایجاد شده از آهن(II) اکسید است که در شهاب سنگ‌ها یافت شده. رنگ خاکستری مایل به سبز در نور بازتاب شده دارد. وستیت در مقیاس سختی موهس بین 5 تا 5.5 قرار می‌گیرد و چگالی نسبی آن 5.88 است. وستیت یک نمونه معمولی از ترکیب غیر استوکیومتری می‌باشد.
وستیت به خاطر فریتز ووست (Fritz Wust)، یک متالوژریست آلمانی و مدیر عامل Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung نام گذاری شد.
وستیت در طبیعت وجود ندارد و به عنوان کانی آهن معرفی نمی‌شود اما چون در مراحل نهایی احیای آهن تشکیل می‌شود لذا شناخت خصوصیات آن برای درک درست فرایند احیا لازم است. اگر چه اغلب فرمول شیمیایی این اکسید را به صورت FeO می‌نویسند ولی در واقع مقدار اکسیژن وستیت همیشه بیش از مقدار استوکیومتری است در نتیجه فرمول شیمیایی آن را می‌توان به صورت Fe 1-xO نوشت، شبکه کریستالی وستیت مکعبی (شبکه آن مانند شبکه کلرید سدیم است) می‌باشد که در آن شبکه آهن ناقص بوده و جاهای خالی در شبکه وجود دارد. جهت خنثی شدن شبکه لازم است به ازای هر جای خالی آهن دو ظرفیتی، دو یون آهن سه ظرفیتی در شبکه وجود داشته باشد. مقدار X در فرمول شیمیایی وستیت بر حسب شرایط (مثلا درجه حرارت) بین 0.175 تا 0.05 درصد تغییر می‌کند. با افزایش درجه حرارت تعداد جاهای خالی در شبکه وستیت افزایش می‌یابد. بنابراین درصد اکسیژن و تعداد یون‌های سه ظرفیتی نیز افزایش می‌یابد. در دمای 1524 درجه سانتی گراد در نقطه C نمودار پایداری اکسیدهای آهن، آهن مذاب اشباع از اکسیژن در تعادل با یک فاز مایع نامحلول اکسید آهن دو ظرفیتی است که حاوی 22.6 درصد اکسیژن است. دمای ذوب این اکسید با افزایش اکسیژن کاهش می‌یابد و در دمای 1371 درجه سانتیگراد که کمترین مقدار دمای ذوب را دارد، در تعادل با آهن آستنیت جامد اشباع از اکسیژن است. بعد از آن دمای ذوب اکسید آهن دو ظرفیتی با زیاد شدن مقدار اکسیژن افزایش می‌یابد. از نمودار تعادلی دما - اکسیژن مشخص می‌شود اکسید آهن دو ظرفیتی که حاوی 22.6 درصد اکسیژن است و به صورت FeO نشان داده می‌شود وجود خارجی ندارد. مقدار متوسط اکسیژن در محدوده دمایی 1371-600 درجه سانتی گراد برای وستیت اشباع از آهن، برابر 23.2 درصد است بنابراین، فرمول شیمیایی وستیت در این محدوده دمایی FeO 0.95 یا FeO 1.05 است. تنها برای راحتی محاسبات فرمول شیمیایی وستیت را به صورت FeO می‌نویسند.
حضور اون باعث ایجاد یک محیط اکسایش کاهش شدید می‌باشد
بافر اکسایش کاهش وستیت
وستیت در ژئوشیمی، یک بافر اکسایش کاهش در میان سنگ‌ها در نقطه‌ای که سنگ آنقدر کاهش یافته که Fe3 و بنابراین هماتیت، غایب هستند به‌شمار می‌آید.
تاثیرات بر روی مواد معدنی سیلیکاتی
نسبت Fe 2+ به Fe 3+ در یک سنگ تعیین‌کننده میزان ماده معدنی سیلیکات در ساختار سنگ می‌باشد.در یک سنگ که ترکیبات شیمیایی آن داده شده است، آهن وارد مواد معدنی بر پایه ساختار شیمیایی اکثریت می‌شود و فازهای معدنی که در آن دما و فشار پایدار هستند می‌شود. آهن تنها می‌تواند وارد مواد معدنی‌ای از جمله پیروکسین و اولیوین شود اگر به صورت Fe2+ حضور داشته باشد. Fe3+ نمی‌تواند وارد شبکه فایالیت اولیوین شود و بنابراین برای هر دو یون Fe3+، یک Fe2+ استفاده شده و یک مولکول مگنتیت ساخته می‌شود.
در سنگ‌های شیمیایی کاهش یافته، مگنتیت ممکن است غایب باشد با توجه به گرایش آهن برای نفوذ به اولیوین، و وستیت تنها می‌تواند حاضر باشد اگر مقداری آهن بیش از آنچه که توسط سیلیکا استفاده می‌شود، وجود داشته باشد. بنابراین، وستیت تنها می‌تواند در ترکیباتی که سیلیکا در آن‌ها کم است و به صورت شیمیایی بسیار کاهش یافته‌اند، حضور داشته باشد که هر دو نیاز حذف تمام Fe3+ و نگهداری آهن خارج از مواد معدنی سیلیکاتی را بر آورده کند.
در طبیعت، سنگ‌های کربنات، به‌طور طبیعی کربوناتیت، کیمبرلیت‌ها، سنگ‌های کربنات بیرنگ ملیلیتیک و بقیه سنگ‌های آلکالین کمیابت شاید بتوانند این شروط را ارضا کنند. البته وستیت در اکثر این سنگ‌ها در طبیعت تابحال گزارش نشده است، در واقع به این دلیل که حالت اکسیداسیون مورد نیاز برای رساندن مگنتیت به وستیت بسیار کمیاب است.
تایخچه استفاده
طبق Vagn Fabritius Buchwald، وستیت یک جز مهم هنگام دوران آهن برای تسهیل کردن پروسه جوش کاری فورجینگ بود. در زمان‌های قدیم، زمانی که آهنگری توسط یک کوره زغالی انجام می‌شد، گودال عمیق زغال سنگ که آهن یا فولاد در آن قرار می‌گرفتند، که یک مکان به شدت کاهشی را ایجاد می‌کرد، که همچنین مکان خالی از اکسیژنی بود، یک لایه نازک وستیت بر روی فلز ساخته می‌شد.
در دمای جوش کاری، آهن بشدت با اکسیژن واکنش پذیر می‌شود، و جرقه می‌زند و لایه‌های کلفت از سرباره را هنگام مواجهه با هوا ایجاد می‌کند که جوش آهن یا فولاد را تقریبا غیرممکن می‌کند. برای حل این مشکل، آهنگران قدیم مقدار کمی شن را درون فلز سفید داغ می‌ریختند. سیلیکون موجود در شن آنگاه با وستیت واکنش می‌داد و فایالیت را شکل می‌داد که درست قبل از دمای ذوب، ذوب می‌شود. این یک فلاکس موثر را ایجاد می‌کرد که فلز را از اکسیژن محافظت می‌کرد و به استخراج اکسیژن و ناخالصی‌ها کمک می‌کرد که یک سطح خالص را باقی می‌گذاشت که به راحتی می‌توانست جوش بخورد. همچنین قدیمیان هیچ ایده‌ای از طرز کار این نداشتند. توانایی جوش کاری آهن به حرکت به سمت خروج از دوران برنز و ورود به دوران مدرن کمک کرد.
مواد معدنی مرتبط
وستیت یک محلول جامد با پریکلاس (MgO) می‌سازد. و آهن جایگزین منیزیم می‌شود. پریکلاس، وقتی که در آب حل می‌شود، بروسیت را شکل می‌دهد که یک محصول از واکنش‌های سرپنتینیت متاموفیک است.
اکسیداسیون وستیت، گوتیت لمونیت را شکل می‌دهد.
روی، آلومینیم و دیگر فلزات امکان دارد با آهن در وستیت جایگزین شوند.
وستیت در اسکارن‌های دولمیت امکان دارد به سیدریت (آهن - کربنات)، ولاستنیت، انستاتیت، دیپوسید و مگنسیت مرتبط شود.
همچنین نگاه کنید
اکسیداسیون
کیمبرلیت
اسکارن
پریکلاس