Рутил

Рутил — оксиден минерал составен од титаниум диоксид (TiO<sub>2</sub>), најчестата природна форма на TiO<sub>2</sub>. Познати се поретки полиморфи на TiO<sub>2</sub>, вклучувајќи анатаза, акаогит и брукит.
Рутилот има еден од највисоките показатели на прекршување на видливи бранови должини од кој било познат кристал, а исто така покажува особено голема дволомност и високо расејување. Поради овие својства, тој е корисен за производство на одредени оптички елементи, особено поларизациски оптички елементи, за подолги видливи и инфрацрвени бранови должини до околу 4,5 микрометри. Природниот рутил може да содржи до 10% железо и значителни количини на ниобиум и тантал.
Рутилот го добива своето име од латинскиот збор („црвен“), што се однесува на длабоката црвена боја која се забележува кај некои примероци кога се гледаат со пропуштена светлина. Рутилот првпат бил опишан во 1803 година од Абрахам Готолоб Вернер употребувајќи примероци добиени во Хоркахуело де ла Сиера, Мадрид (Шпанија), што е следствено типскиот локалитет.
1 Појава
Рутилот е вообичаен помошен минерал во метаморфните карпи со висока температура и висок притисок, како и во магматските карпи.
Термодинамички, рутилот е најстабилниот полиморф на TiO<sub>2</sub> на сите температури, покажувајќи помала вкупна слободна енергија од метастабилните фази на анатазата или брукит. Следствено, преобразбата на метастабилните TiO<sub>2</sub> полиморфи во рутил е неповратна. Бидејќи има најмал молекуларен волумен од трите главни полиморфи, тој претставува генерално примарна фаза што содржи титаниум во повеќето метаморфни карпи под висок притисок, главно еклогити.
Во магматската средина, рутилот е вообичаен помошен минерал во плутонските магматски карпи. Сепак, повремено се среќава и во екструзивни магматски карпи, особено оние како што се кимберлитите и лампроитите кои имаат длабоки извори на плаштот. Аназата и брукитот се наоѓаат во магматската средина, особено како производи на автогена промена за време на ладењето на плутонските карпи; анатазата се наоѓа и во плацерските наслаги кои се добиваат од примарен рутил.
Појавата на големи кристали е најчеста кај пегматитите, скарните и гранитните грејзени . Рутилот се наоѓа како помошен минерал во некои изменети магматски карпи и во одредени гнајсеви и шкрилци. Во групи од игличести кристали често се гледа како пенетрирачки кварц како во ''fr'' од Граубинден, Швајцарија. Во 2005 година, Република Сиера Леоне во Западна Африка имала производствен капацитет од 23% од годишните светски залихи на рутил, кој се зголемил на приближно 30% во 2008 година.
2 Кристална структура
Структурата на рутилот е толку класична што во учебниците се расправа како референтен мотив, слично како натриум хлоридот и никел арсенидот. Структурата ја усвојува не само TiO<sub>2</sub>, туку и GeO<sub>2</sub>, RuO<sub>2</sub>, SnO<sub>2</sub>, MnO<sub>2</sub>, VO<sub>2</sub>, IrO<sub>2</sub>, и CrO<sub>2</sub>. ZrO<sub>2</sub> and HfO<sub>2</sub> усвојуваат друг класичен структурен мотив, флуоритната структура.
Во рутилниот мотив, металните „катјони“ имаат координативен број од 6, што значи дека се опкружени со октаедарски низ од 6 атоми на кислород. Кислородните анјони имаат координативен број од 3, во тригонална рамна координација. Рутилот, исто така, покажува оска на вртење кога неговите октаедри се гледаат секвенцијално. Кога се формираат под редукциски услови, можат да се појават празнини во кислород, поврзани со центри на Ti3<sup>+</sup>. Водородот може да влезе во овие празнини, постоејќи како индивидуален пополнувач на празнина (спарувајќи се како водороден јон) или создавајќи хидроксидна група со соседен кислород.
Рутилните кристали најчесто покажуваат призматична или игличест хабитус со преференцијална ориентација по нивната ''c-'' оска, насоката [001]. Оваа навика за раст е поволна бидејќи {110} фасетите на рутилот покажуваат најниска слободна енергија на површината и затоа се термодинамички најстабилни. Растот на рутил ориентиран кон ''c'' -оската.
3 Употреба
Во доволно големи количини во плажниот песок, рутилот формира важна состојка на тешките минерали и рудните наслаги. Рударите ги извлекуваат и ги одвојуваат вредните минерали, како на пример рутил, циркон и илменит. Главните употреби на рутил се производство на огноотпорна керамика, како пигмент и за производство на метален титан.
Ситно прашкастиот рутил е брилијантен бел пигмент и се употребува во бои, пластика, хартија, храна и други употреби кои бараат светла бела боја. Пигментот од титаниум диоксид е најголемата употреба на титаниум во светот. Наночестичките на рутил се проѕирни на видливата светлина, но се многу ефикасни во впивање на ултравиолетово зрачење (крема за сончање). УВ впивањето на наночестички од рутил е поместена кон сино во споредба со големиот рутил, така што наночестичките апсорбираат УВ светлина со повисока енергија. Оттука, тие се користат во кремите за сончање за заштита од оштетување на кожата предизвикано од УВ зрачење.
Малите рутилни иглички присутни во скапоцените камења се одговорни за оптички феномен познат како астеризам. Астеризираните скапоцени камења се познати како „ѕвездени“ скапоцени камења. Ѕвездените сафири, ѕвездените рубини и другите ѕвездени скапоцени камења се многу барани и генерално се повредни од нивните нормални еквиваленти.
Рутилот е широко употребуван како облога за електроди за заварување. Исто така, се користи како дел од поазателот ZTR, кој класифицира високо атмосферски седименти.
3.1 Полупроводник
Рутилот, како полупроводник со голем енергетски јаз, во последните децении е предмет на значајни истражувања за примена како функционален оксид за примена во фотокатализата и разредениот магнетизам. Истражувачките напори обично користат мали количини на синтетички рутил, наместо материјали добиени од минерални наслаги.
4 Синтетички рутил
Синтетичкиот рутил првпат бил произведен во 1948 година и се продава под различни имиња. Може да се произведе од титаниумската руда илменит преку Бехеровиот процес. Многу чистиот синтетички рутил е проѕирен и речиси безбоен, малку жолт во големи парчиња. Синтетичкиот рутил може да се направи во различни бои со допинг. Високиот казател на прекршување дава адамантински сјај и силна прекршување што доведува до изглед сличен на дијамант. Речиси безбојната замена за дијамант се продава како „Титанија“, што е старомодно хемиско име за овој оксид. Сепак, рутилот ретко се користи во накитот бидејќи не е многу тврд (отпорен на гребење), со тврдост од само околу 6 на Мосовата скала на тврдост.
Како резултат на растечкиот истражувачки интерес за фотокаталитичката активност на титаниум диоксид, и во анатазната и во рутилната фаза (како и во бифазни мешавини од двете фази), рутил TiO<sub>2</sub> во форма на прав и тенок филм често се произведува во лабораториски услови преку растворени патишта со употреба на неоргански прекурсори (обично TiCl<sub>4</sub>) или органометални прекурсори (обично алкоксиди како што е титаниум изопропоксид, познат и како TTIP). Во зависност од условите на синтеза, првата фаза што ќе се кристализира може да биде метастабилната анатазна фаза, која потоа може да се претвори во рамнотежна рутилна фаза преку термичка обработка. Физичките својства на рутилот често се модифицираат со употреба на допанти за да се подобри фотокаталитичката активност со подобрување на фотогенерираното раздвојување на носителот на полнеж, менување на структурите на електронските ленти и подобрување на површинската реактивност.