Пирит

Минералот пирит или железен пирит — железен сулфид со хемиска формула FeS<sub>2</sub><sub>(</sub>железо (II) дисулфид). Пиритот е најзастапениот сулфиден минерал.
Металниот сјај на пиритот и бледо месингаво-жолтата нијанса му даваат површинска сличност со златото. Бојата, исто така, довела до прекарите ''месинг'', ''брезл'' и ''бразил'', кои првенствено се употребуваат за да се означи пиритот кој се наоѓа во јагленот.
Името ''пирит'' потекнува од грчкиот збор grc (grc-Latn), „камен или минерал од кој се пали оган“., Во античко римско време, ова име се употребувало за неколку видови камен кои создавале искри кога ќе се удрат во челик; Плиниј Постариот опишал еден од нив како месинган, што речиси сигурно се однесува на она што денес се нарекува пирит..
Пиритот обично се наоѓа поврзан со други сулфиди или оксиди во кварцни вени, седиментни карпи и метаморфни карпи, како и во јагленови лежишта и како замена за минерал во фосилите, но е идентификуван и во склеритите на лушпестите гастроподи. Пиритот понекогаш се наоѓа во комбинација со мали количини злато. Значителен дел од златото е „невидливо“ соединето во пиритот. Се претпоставува дека присуството и на злато и на арсен е случај на поврзана супституција, но од 1997 година хемиската состојба на златото останала спорна.
1 Употреба
Пиритот добил кратка популарност во 16 и 17 век како извор на согорување кај раните огнени оружја, особено кај механизмот за палење примитивните оружја, каде што примерок од пирит се ставал врз кружна турпија за да се создадат искрите потребни за пукање од пиштолот.
Народот Каурна од Јужна Австралија употребува пирит со кремен и еден вид на трут направено од кора од дрво како традиционален метод за палење пожари.
Пиритот се употребува уште од класично време за производство на ''бакар'' (железен сулфат). Железниот пирит се натрупувал и се оставал да се истроши. Киселиот истечен отпад од купот потоа се варел со железо за да се произведе железен сулфат. Во 15 век, нови методи започнале да го заменуваат согорувањето на сулфур како извор на сулфурна киселина. До 19 век станал доминантен метод.
Пиритот останува во комерцијална употреба за производство на сулфур диоксид, за користење во дејности како што е хартиената индустрија и во производството на сулфурна киселина. Топлинското распаѓање на пиритот во FeS (железо(II) сулфид) и елементарен сулфур започнува на ; на околу , ''pS2'' е околу <sub><sub>.</sub></sub>
Понова комерцијална употреба на пиритот е како катоден материјал во литиумските метални батерии што не се полнат од брендот Energizer.
Пиритот е полупроводнички материјал со енергетски јаз од 0,95 eV. Чистиот пирит е природно од n-тип, и во кристална и во тенкафилмска форма, што потенцијално се должи на празнините на сулфур во кристалната структура на пиритот кои дејствуваат како n-допанти.
Во раните години на 20 век, пиритот се употребувал како детектор за минерали во радио приемниците и сè уште го употребуваат хобистите на кристално радио . Додека не созреала вакуумската цевка, детекторот за кристали бил најчувствителниот и најсигурен достапен детектор - со значителни варијации помеѓу типовите минерали, па дури и поединечни примероци во рамките на одреден тип на минерал. Детекторите за пирит зафаќале средна точка помеѓу детекторите за галена и механички покомплицираните парови на минерали од перикон. Детекторите за пирит можат да бидат исто толку чувствителни како и современиот детектор за диоди од германиум 1N34A.
Пиритот е предложен како изобилен, нетоксичен, ефтин материјал во нискобуџетните фотоволтаични сончеви панели.. Синтетичкиот железен сулфид бил употребуван со бакарен сулфид за да се создаде фотоволтаичниот материјал.
Пиритот се употребува за изработка на накит од марказит. Накитот од марказит, кој користи мали фацетирани парчиња пирит, често вдлабнати во сребро, се изработува уште од античко време и бил популарен во викторијанскиот период.Во времето кога терминот станал вообичаен во изработката на накит, „марказит“ се однесувал на сите железни сулфиди, вклучувајќи го и пиритот, а не на орторомбичниот FeS<sub>2</sub> минерал марказит кој е посветол по боја, кршлив и хемиски нестабилен, и затоа не е погоден за изработка на накит. Марказитниот накит всушност не го содржи минералот марказит. Примероците на пирит, кога се појавуваат како кристали со добар квалитет, се користат во декорација. Тие се исто така многу популарни во собирањето минерали. Меѓу местата што ги даваат најдобрите примероци се провинциите Сорија и Ла Риоха (Шпанија).
Во однос на вредноста, Кина (47 милиони долари) претставува најголем пазар за увезени непечени железни пирити во светот, сочинувајќи 65% од глобалниот увоз. Кина е исто така најбрзорастечка во однос на увозот на непечени железни пирити, со годишна стапка на раст од +27,8% во периодот од 2007 до 2016 година.
2 Истражување
Во јули 2020 година, научниците објавиле дека забележале преобразба предизвикана од напон на нормално дијамагнетен пирит во феромагнетен материјал, што може да доведе до примена во уреди како што се сончеви ќелии или складирање на магнетни податоци.
Истражувачите од колеџот „Тринити“ во Даблин, Ирска, покажале дека FeS<sub>2</sub> може да се ексфолира во неколку слоеви, исто како и другите дводимензионални слоевити материјали како што е графенот, преку едноставен пат на ексфолијација во течна фаза. Ова е прво истражување кое прикажува производството на неслоевити 2D-тромбоцити од 3D FeS<sub>2</sub> во голем обем. Понатаму, тие ги употребиле овие 2D-тромбоцити со 20% еднослојни јаглеродни наноцевки како аноден материјал во литиум-јонски батерии, достигнувајќи капацитет од 1000 mAh/g блиску до теоретскиот капацитет на FeS<sub>2</sub>.
Во 2021 година, природен пирит бил смачкан и претходно третиран, по што следела ексфолијација во течна фаза во дводимензионални нанолистови, што покажале капацитет од 1200 mAh/g како анода во литиум-јонски батерии.
3 Формални оксидациски состојби за пирит, марказит, молибденит и арсенопирит
Од перспектива на класичната неорганска хемија, која доделува формални оксидациски состојби на секој атом, пиритот и марказитот веројатно најдобро се опишуваат како Fe<sup>2+</sup>[S<sub>2</sub>]<sup>2−</sup>. Овој формализам препознава дека атомите на сулфур во пиритот се јавуваат во парови со јасни S–S врски. Овие персулфидни [<sup>−</sup>S–S<sup>−</sup>] единици може да се сметаат како добиени од водород дисулфид, H<sub>2</sub>S<sub>2</sub>. Така<sub>,</sub> пиритот би бил поописно наречен железен персулфид, а не железен дисулфид. Спротивно на тоа, молибденитот, MoS2, има изолирани сулфидни S<sup>2−</sup> центри <sub>,</sub> а оксидациската состојба на молибденот е Mo<sup>4+</sup>. Минералот арсенопирит ја има формулата FeAsS. Додека пиритот има [S<sub>2</sub>]<sup>2−</sup> единици, арсенопиритот има [AsS]<sup>3−</sup> единици, формално добиени од депротонација на арсенотиол (H<sub>2</sub>AsSH). Анализата на класичните оксидациски состојби би препорачала опис на арсенопирит како Fe<sup>3+</sup>[AsS]<sup>3−</sup>.
4 Кристалографија
Железо-пирит FeS<sub>2</sub> претставува прототипско соединение на кристалографската пиритска структура. Структурата е коцкеста и станала меѓу првите кристални структури решени со дифракција на Х-зраци. Припаѓа на кристалографската просторна група ''Pa3'' и се означува со нотација C2. Под топлодинамички стандардни услови константата на решетката <math>a</math> од стехиометриски железен пирит FeS<sub>2</sub> изнесува . Единицата е составена од коцкеста подрешетка со Fe центрирана на предната страна во која се вградени јони. (Сепак, треба да се има во предвид дека атомите на железо на површините не се еквивалентни само по транслација со атомите на железо на аглите.) Пиритната структура се гледа и кај други ''MX''<sub>2</sub> соединенија на преодни метали ''M'' и халкогени ''X'' = O, S, Se и Te. Познато е дека одредени дипниктиди со ''X'' што претставува P, As и Sb итн.<sub>,</sub> исто така ја прифаќаат пиритната структура.
Атомите на Fe се врзани за шест атоми на S, давајќи искривен октаедар. Материјалот е полупроводник . Јоните на Fe обично се сметаат за двовалентни состојби (како што е прикажано со Месбауеровата спектроскопија, како и со XPS). Материјалот како целина се однесува како Ван Флеков парамагнет, и покрај неговата нискоспинска двовалентност.
Центрите на сулфур се јавуваат во парови, опишани како Редукцијата на пирит со калиум дава калиум дитиоферат, KFeS<sub>2</sub>. Овој материјал содржи јони на железо и изолирани сулфидни ( S<sup>2−</sup>) центри.
Атомите на S се тетраедарски, врзани за три центри на Fe и еден друг атом на S. Симетријата на местоположбите на позициите на Fe и S се објаснува со групите на точкаста симетрија ''C3i'' и C<sub>''3''</sub>, соодветно. Отсуството на инверзен центар на местата на S-решетката има важни последици за кристалографските и физичките својства на железниот пирит. Овие последици произлегуваат од кристалното електрично поле активно на местото на сулфурната решетка, што предизвикува поларизација на S јони во пиритната решетка. Поларизацијата може да се пресмета врз основа на Маделунгови константи од повисок ред и мора да се вклучи во пресметката на енергијата на решетката со употреба на генерализиран Борн-Хаберов циклус. Ова го одразува фактот дека ковалентната врска во сулфурниот пар е несоодветно земена предвид со строго јонски третман.
Арсенопирит има сродна структура со хетероатомски As-S парови, наместо S-S парови. Марказитот, исто така, поседува хомоатомски анјонски парови, но распоредот на металните и двоатомските анјони се разликува од оној на пиритот. И покрај неговото име, халкопирит не содржи дианионски парови, туку единечни S<sup>2−</sup> сулфидни анјони.
5 Кристална навика
Пиритот обично формира коцкести кристали, понекогаш формирајќи се во тесна поврзаност за да формира маси во форма на малина наречени фрамбоиди. Сепак, под одредени околности, може да формира анастомозирачки филаменти или кристали во форма на буквата Т.Пиритот може да формира и форми скоро исти како обичен додекаедар, познат како пиритоедри, а ова дава објаснување за вештачките геометриски модели пронајдени во Европа уште во 5 век п.н.е.
6 Сорти
Катиеритот (CoS<sub>2</sub>), ваезит (NiS<sub>2</sub><sub>)</sub> и хауеритот (MnS<sub>2</sub>), како и сперилитот (PtAs<sub>2</sub>) се слични по својата структура и припаѓаат на пиритната група.
Бравоитот е никел-кобалтена сорта на пирит, со > 50% замена на Ni2<sup>+</sup> за Fe2<sup>+</sup> во пирит. Бравоитот не е формално признат минерал и е именуван според перуанскиот научник Хозе Џ. Браво (1874–1928). .
7 Разликување на слични минерали
Пиритот се разликува од природното злато по својата тврдост, кршливост и кристална форма. Фрактурите на пиритот се многу нерамни, понекогаш конхоидни бидејќи не се сече по преференцијална рамнина. Грутките од природно злато, или светките, не се кршат, туку се деформираат на дуктилен начин. Пиритот е кршлив, златото е податливо. Природното злато има склонетост да биде анедрално (неправилно обликувано без добро дефинирани површини), додека пиритот се јавува или како коцки или како повеќеслојни кристали со добро развиени и остри површини кои лесно се препознаваат. Добро кристализираните кристали на пиритот се еуедарски (односно со добри површини). Пиритот често може да се разликува по стриите кои, во многу случаи, може да се забележат на неговата површина.
8 Опасности
Железниот пирит е нестабилен кога е изложен на оксидирачки услови кои преовладуваат на површината на Земјата: железниот пирит во контакт со атмосферски кислород и вода или влага, на крајот се распаѓа на железни оксихидроксиди (ферихидрит, FeO(OH)) и сулфурна киселина. Овој процес е забрзан со дејството на бактериите ''Acidithiobacillus'' кои го оксидираат пиритот за да произведат јони на железо ( ), сулфатни јони, и ослободуваат протони (Н+ или ). Во вториот чекор, јоните на железо ( ) се оксидираат со O во јони на железо кои хидролизираат, исто така ослободувајќи  H+ јони и производство на FeO(OH). Овие реакции на оксидација се случуваат побрзо кога пиритот е фино дисперзиран (фрамбоидни кристали првично формирани од бактерии за намалување на сулфати (SRB) во аргиласти седименти или прашина од рударски операции).
8.1 Оксидација на пирит и кисела дренажа на рудникот
Оксидација на пирит со атмосферски кислород во присуство на влага првично произведува јони на железо ( ) и сулфурна киселина која дисоцира на сулфатни јони и протони, што доведува до дренажа на кисела од рудникот (AMD). Пример за дренажа на кисели карпи предизвикана од пирит е излевањето на отпадни води од рудникот Голд Кинг во 2015 година. :
8.2 Прашинска експлозија
Оксидацијата на пиритот е доволно егзотермна што подземните рудници за јаглен во слоевите на јаглен со висока содржина на сулфур повремено имаат сериозни проблеми со спонтано согорување.Решението е употреба на тампонско пескарење и употреба на разни средства за запечатување или обложување за херметичко запечатување на ископаните области за да се исклучи кислородот.
Во современите рудници за јаглен, варовничка прашина се прска врз изложените површини на јаглен за да се намали опасноста од прашински експлозиви. Ова има вторична придобивка од неутрализирање на киселината ослободена со оксидација на пирит и со тоа забавување на циклусот на оксидација опишан погоре, со што се намалува веројатноста за спонтано согорување. Сепак, на долг рок, оксидацијата продолжува, а формираните хидрирани сулфати можат да извршат притисок на кристализација што може да ги прошири пукнатините во карпата и на крајот да доведе до пештерско уривање.
8.3 Градежни материјали
Градежниот камен кој содржи пирит има склонетост да се обои кафеаво како што пиритот оксидира. Овој проблем се смета дека е значително полош доколку е присутен марказит. Присуството на пирит во агрегатот што се употребува за производство на бетон може да доведе до сериозно влошување како што пиритот оксидира. На почетокот на 2009 година, проблемите со кинескиот гипс-картон увезен во Соединетите Американски Држави по ураганот Катрина се припишуваа на оксидација на пирит, проследена со микробна редукција на сулфати што ослободува гас на водород сулфид. Овие проблеми вклучувале непријатен мирис и корозија на бакарни жици. Во Соединетите Американски Држави, во Канада, и во поново време во Ирска, каде што се употребувал како полнење за под, контаминацијата со пирит предизвикала големи структурни оштетувања. Бетонот изложен на сулфатни јони или сулфурна киселина се распаѓа со напад на сулфати: формирањето на експанзивни минерални фази, како што се етрингит (мали игличести кристали кои вршат огромен притисок на кристализација во порите на бетонот) и гипс создава внатрешни затегнувачки сили во бетонската матрица кои ја уништуваат стврднатата цементна паста, формираат пукнатини и во бетонот и можат да доведат до конечно уништување на структурата. Нормализираните тестови за градежен агрегат ги потврдуваат таквите материјали како без пирит или марказит.
9 Појава
Пиритот е најчестиот сулфиден минерал и е широко распространет во магматските, метаморфните и седиментните карпи. Тој е чест помошен минерал во магматските карпи, каде што повремено се јавува и како поголеми маси кои произлегуваат од немешливата сулфидна фаза во оригиналната магма. Се наоѓа во метаморфните карпи како производ на контактен метаморфизам. Исто така, се формира како високотемпературен хидротоплински минерал, иако повремено се формира и на пониски температури.
Пиритот се јавува и како примарен минерал, присутен во оригиналните седименти, и како секундарен минерал, депониран за време на дијагенезата . Пиритот и марказитот најчесто се јавуваат како замена на псевдоморфи по фосилите во црниот шкрилец и другите седиментни карпи формирани под редуцирачки услови на животната средина. Пиритот е чест како помошен минерал во шкрилец, каде што се формира со таложење од аноксична морска вода, а јагленовите лежишта често содржат значителен пирит..
Значајни наоѓалишта се наоѓаат во Вирџинија, САД, а во помали количини на многу други места. Големи наоѓалишта се ископуваат во Рио Тинто во Шпанија и на други места на Иберискиот Полуостров.
10 Културни верувања
Во верувањата на тајландскиот народ (особено оние на југот), пиритот е познат како ''Као ток Фра Руанг'', ''Као Кон Бат Фра Руанг'' (ข้าวตอกพระร่วง, ข้าวก้นบาตรพระร่วง) или ''Фет на танг'', ''Хин на танг'' (เพชรหน้าจง หินหน้าทั่ง) . Се верува дека е свет предмет кој има моќ да спречи зло, црна магија или демони.
11 Галерија
12 Дополнителни извори
* American Geological Institute, 2003, ''Dictionary of Mining, Mineral, and Related Terms'', second ed., Springer, New York, .
* David Rickard, ''Pyrite: A Natural History of Fool's Gold'', Oxford / New York, 2015, .