Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Минеральная форма диоксида титана
Mineral form of titanium dioxide
Анатаз – метастабильная минеральная форма диоксида титана (TiO2) с тетрагональной кристаллической структурой. Хотя в чистом виде анатаз бесцветен или белый, в природе он обычно представляет собой черное твердое вещество из-за примесей. Известно, что в природе встречаются три других полиморфа (или минеральные формы) диоксида титана: броокит, акаогиит и рутил, при этом рутил является наиболее распространенным и стабильным из них. Анатаз формируется при относительно низких температурах и встречается в небольших концентрациях в магматических и метаморфических породах. Стекло, покрытое тонкой пленкой TiO2, проявляет противозапотевающие и самоочищающиеся свойства под воздействием ультрафиолетового излучения. Анатаз всегда встречается в виде небольших, изолированных и четко сформированных кристаллов и, как и рутил, кристаллизуется в тетрагональной системе. Анатаз метастабилен при всех температурах и давлениях, а рутил является равновесным полиморфом. Тем не менее, анатаз часто является первой фазой диоксида титана, образующейся в различных процессах, благодаря его более низкой поверхностной энергии, с последующим переходом в рутил при повышенных температурах. Хотя степень симметрии одинакова для анатаза и рутила, взаимосвязи между межплоскостными углами этих двух минералов нет, за исключением призматической зоны 45° и 90°. Характерная октаэдрическая форма кристаллов анатаза, с четырьмя плоскостями совершенного спайности, имеет угол в 82°9' относительно полярного края, в то время как у рутиловых октаэдров этот угол составляет всего 56°52½'. Больший угол придает кристаллам анатаза более вытянутую вертикальную ось и более тонкий вид, чем у рутила, что и побудило французского минералога Рене Жюста Гаюи назвать минерал анатазом в 1801 году, от греческого слова anatasis («удлинение»). Существуют также другие важные различия в физических свойствах анатаза и рутила. Например, анатаз менее тверд (5,5–6 против 6–6,5 по шкале Мооса) и менее плотен (удельный вес около 3,9 против 4,2), чем рутил. Анатаз также оптически отрицательный, в то время как рутил – оптически положительный. Кроме того, анатаз обладает более выраженным алмазным или металлическо-алмазным блеском, чем рутил.
Anatase is a metastable mineral form of titanium dioxide (TiO2) with a tetragonal crystal structure. Although colorless or white when pure, anatase in nature is usually a black solid due to impurities. Three other polymorphs (or mineral forms) of titanium dioxide are known to occur naturally: brookite, akaogiite, and rutile, with rutile being the most common and most stable of the bunch. Anatase is formed at relatively low temperatures and found in minor concentrations in igneous and metamorphic rocks. Glass coated with a thin film of TiO2 shows antifogging and self cleaning properties under ultraviolet radiation. Anatase is always found as small, isolated, and sharply developed crystals, and like rutile, it crystallizes in a tetragonal system. Anatase is metastable at all temperatures and pressures, with rutile being the equilibrium polymorph. Nevertheless, anatase is often the first titanium dioxide phase to form in many processes due to its lower surface energy, with a transformation to rutile taking place at elevated temperatures. Although the degree of symmetry is the same for both anatase and rutile phases, there is no relation between the interfacial angles of the two minerals, except in the prism zone of 45° and 90°. The common octahedral crystal habit of anatase, with four perfect cleavage planes, has an angle over its polar edge of 82°9', whereas rutile octahedra only has a polar edge angle of 56°52½'. The steeper angle gives anatase crystals a longer vertical axis and skinnier appearance than rutile, which led French mineralogist René Just Haüy to name the mineral anatase in 1801, from the Greek anatasis ("extension"). Additional important differences exist between the physical characters of anatase and rutile. For example, anatase is less hard (5.5–6 vs. 6–6.5 on the Mohs scale) and less dense (specific gravity about 3.9 vs. 4.2) than rutile. Anatase is also optically negative, whereas rutile is optically positive. Anatase has a more strongly adamantine or metallic adamantine luster than that of rutile as well.
Кристальная привычка
Можно выделить два типа роста кристаллов анатаза. Наиболее распространенный проявляется в виде простых острых октаэдров с цветом от индиго-синего до черного и стальным блеском. Кристаллы такого типа обильно встречаются в Ле-Бург-д'Озанс, Дофине, Франция, где они ассоциируются с горным хрусталем, полевым шпатом и аксинитом в трещинах гранита и слюды. Подобные микроскопические кристаллы широко распространены в осадочных породах, таких как песчаники, глины и сланцы, из которых их можно выделить, промывая более легкие компоненты порошкообразной породы. Кристаллы второго типа характеризуются множеством пирамидальных граней и обычно имеют более плоскую или иногда призматическую форму. Их цвет варьируется от медово-желтого до коричневого. Эти кристаллы внешне очень похожи на минерал ксенотим и исторически считались особой разновидностью ксенотима, известной как визерин. Они встречаются, прикрепленными к стенкам трещин в гнейсах в Альпах, хорошо известное местонахождение – Биненталь близ Брига в кантоне Вале, Швейцария.
Two growth habits of anatase crystals may be distinguished. The more common occurs as simple acute octahedra with an indigo blue to black color and steely luster. Crystals of this kind are abundant at Le Bourg d'Oisans in Dauphiné, France, where they are associated with rock crystal, feldspar, and axinite in crevices in granite and mica schist. Similar crystals of microscopic size are widely distributed in sedimentary rocks such as sandstones, clays, and slates, from which they may be separated by washing away the lighter constituents of the powdered rock. Crystals of the second type have numerous pyramidal faces developed, and they are usually flatter or sometimes prismatic in habit. Their color is honey yellow to brown. Such crystals closely resemble the mineral xenotime in appearance and were historically thought to be a special form of xenotime, termed wiserine. They occur attached to the walls of crevices in gneisses in the Alps, a well known locality being the Binnenthal near Brig in canton Valais, Switzerland.
Синтетическая анатаза
Из-за потенциального применения в качестве полупроводника, анатаз часто получают синтетическим путем. Кристаллический анатаз можно синтезировать в лаборатории химическими методами, такими как золь-гель процесс. Это достигается посредством контролируемого гидролиза тетрахлорида титана (TiCl4) или этилата титана. В такие процессы синтеза часто добавляют легирующие примеси для контроля морфологии, электронной структуры и поверхностной химии образца анатаза.
Due to its potential application as a semiconductor, anatase is often prepared synthetically. Crystalline anatase can be prepared in laboratories by chemical methods such as the sol gel process. This might be done through controlled hydrolysis of titanium tetrachloride (TiCl4) or titanium ethoxide. Often dopants are included in such synthesis processes to control the morphology, electronic structure, and surface chemistry of an anatase sample.
Альтернативные и устаревшие названия
Другое распространенное название анатаза — октаэдрит, которое появилось раньше, чем название «анатаз», и было дано из-за часто встречающейся (острой) октаэдрической формы кристаллов. Другие, ныне устаревшие названия — оисанит и дофинит, происходящие от известного французского местонахождения Ле-Бург-д’Уазан в Дофине.
Another name commonly in use for anatase is octahedrite, which is earlier than anatase and given because of the common (acute) octahedral habit of the crystals. Other names, now obsolete, are oisanite and dauphinite, from the well known French locality of Le Bourg d'Oisans in Dauphiné.