manyetit - Magnetite

Manyetit
Manyetit-118736.jpg
Bolivya konumundan manyetit
Genel
Kategori
Formül
(yinelenen birim)
demir(II,III) oksit, Fe 2+ Fe 3+ 2 O 4
Strunz sınıflandırması 4.BB.05
kristal sistemi Eş ölçülü
kristal sınıfı Heksotahedral (m 3 m)
HM sembolü : (4/m 3 2/m)
Uzay grubu F D 3 m
Birim hücre a = 8.397 A; Z = 8
Kimlik
Renk Yansıyan güneşte kahverengimsi tonlu siyah, gri
kristal alışkanlığı Oktahedral , ince taneli ila masif
Eşleştirme {Ill}'de hem ikiz hem de kompozisyon düzlemi olarak, spinel yasası, temas ikizleri olarak
bölünme Belirsiz, {Ill}'da ayrılık, çok iyi
Kırık düzensiz
dayanıklılık Kırılgan
Mohs ölçeği sertliği 5.5–6.5
parlaklık metalik
Meç Siyah
şeffaflık Opak
Spesifik yer çekimi 5,17-5,18
çözünürlük Hidroklorik asitte yavaş çözünür
Referanslar
Başlıca çeşitleri
mıknatıs taşı Kesin kuzey ve güney kutupları olan manyetik
Manyetit birim hücresi. Gri küreler oksijen, yeşil iki değerlikli demir, mavi ise üç değerlikli demirdir. Ayrıca bir oktahedral boşlukta (açık mavi) ve bir tetrahedral boşlukta (gri) bir demir atomu da gösterilmiştir.

Manyetit bir mineraldir ve kimyasal formülü Fe 3 O 4 olan ana demir cevherlerinden biridir . Bu biri demir oksitler , ve bir ferrimanyetik ; bir mıknatıs tarafından çekilir ve kendisi de kalıcı bir mıknatıs olmak üzere manyetize edilebilir . Yeryüzünde doğal olarak oluşan tüm minerallerin en manyetik olanıdır . Mıknatıs taşı adı verilen, doğal olarak manyetize edilmiş manyetit parçaları, küçük demir parçalarını çekecektir; bu, eski halkların manyetizma özelliğini ilk kez keşfettiği şeydir .

Manyetit, metalik bir parlaklığa sahip siyah veya kahverengimsi siyahtır, Mohs sertliği 5-6 arasındadır ve siyah bir çizgi bırakır . Magmatik ve metamorfik kayaçlarda küçük manyetit taneleri çok yaygındır .

Kimyasal IUPAC adı demir(II,III) oksittir ve yaygın kimyasal adı demir-demir oksittir .

Özellikler

Magmatik kayaçlara ek olarak, manyetit ayrıca bantlı demir oluşumları dahil olmak üzere tortul kayaçlarda ve göl ve deniz tortullarında hem kırıntılı taneler hem de manyetofosiller olarak oluşur . Manyetit nanoparçacıklarının, muhtemelen hızla maghemite oksitlendikleri topraklarda da oluştuğu düşünülmektedir .

Kristal yapı

Manyetitin kimyasal bileşimi Fe 2+ (Fe 3+ ) 2 (O 2- ) 4'tür . Bu, manyetitin hem demirli ( iki değerli ) hem de demirli ( üç değerlikli ) demir içerdiğini gösterir, bu da orta düzeyde oksijen içeren bir ortamda kristalleşmeyi düşündürür. Yapısının ana detayları 1915'te belirlendi. X-ışını kırınımı kullanılarak elde edilen ilk kristal yapılardan biriydi . Yapı tersi olan spinel O ile, 2- , bir oluşturan iyonlar yüzey merkezli kübik geçiş yerleri işgal eden kafes ve demir katyonları. Fe 3+ katyonlarının yarısı tetrahedral bölgeleri işgal ederken diğer yarısı Fe 2+ katyonları ile birlikte oktahedral bölgeleri işgal eder. Birim hücre 32  O 2− iyonundan oluşur ve birim hücre uzunluğu a = 0.839 nm'dir.

Ters spinel grubunun bir üyesi olarak manyetit, ulvospinel de dahil olmak üzere benzer şekilde yapılandırılmış minerallerle katı çözeltiler oluşturabilir ( Fe
2
TiO
4
) Ve magnesioferrite ( MgFe
2
Ö
4
).

Titanyum manyetit olarak da bilinen titanomagnetit, manyetit ve ulvospinel arasında, birçok mafik magmatik kayaçta kristalleşen katı bir çözeltidir . Titanomanyetit , soğutma sırasında oksieksolüsyona uğrayabilir , bu da manyetit ve ilmenitin içe büyümesine neden olabilir .

Kristal morfolojisi ve boyutu

Doğal ve sentetik manyetit en yaygın olarak {111} düzlemle sınırlanmış oktahedral kristaller ve eşkenar dörtgen şeklinde meydana gelir . Eşleştirme {111} düzleminde gerçekleşir.

Hidrotermal sentez genellikle 10 mm (0,39 inç) kadar büyük olabilen tek oktahedral kristaller üretir. 0,1 olarak menerali varlığında  M HI veya 2  M NH 4 Cl ve 0.207 en MPa 416-800 ° C 'de, magnetit, şekilleri eşkenar paralel-dodechahedra formlarının bir kombinasyonu olan kristaller olarak büyümüştür. Kristaller normalden daha yuvarlaktı. Daha yüksek formların ortaya çıkması, yuvarlak kristallerde alt yüzey/hacim oranının neden olduğu yüzey enerjilerindeki azalmanın bir sonucu olarak kabul edildi.  

Reaksiyonlar

Manyetit, kayaların oluştuğu koşulları anlamada önemli olmuştur. Manyetit , hematit üretmek için oksijenle reaksiyona girer ve mineral çifti , ortamının ne kadar oksitleyici olduğunu kontrol edebilen bir tampon oluşturur ( oksijen fugasitesi ). Bu tampon, hematit-manyetit veya HM tamponu olarak bilinir. Daha düşük oksijen seviyelerinde, manyetit , QFM tamponu olarak bilinen kuvars ve fayalit ile bir tampon oluşturabilir . Daha düşük oksijen seviyelerinde, manyetit , MW tamponu olarak bilinen wüstite ile bir tampon oluşturur . QFM ve MW tamponları, kaya kimyası üzerine laboratuvar deneylerinde yaygın olarak kullanılmıştır. Özellikle QFM tamponu, çoğu magmatik kayanınkine yakın bir oksijen fugasitesi üretir.

Genel olarak, magmatik kayaçlar hem titanomagnetit hem de hemoilmenit veya titanohematitin katı çözeltilerini içerir. Mineral çiftlerinin bileşimleri oksijen fugasitesini hesaplamak için kullanılır: magmalarda bir dizi oksitleyici koşul bulunur ve oksidasyon durumu, magmaların fraksiyonel kristalizasyon yoluyla nasıl evrimleşebileceğini belirlemeye yardımcı olur . Manyetit da üretilir peridotitlerin ve dunitlere ile serpantinleşmesi .

Manyetik özellikler

Mıknatıs taşları , manyetik pusulanın erken bir biçimi olarak kullanıldı . Manyetit, levha tektoniğinin anlaşılmasında ve manyetohidrodinamik ve diğer bilimsel alanlarda tarihi veriler olarak önemli bir bilim olan paleomanyetizmada kritik bir araç olmuştur .

Manyetit ile ilmenit , hematit ve ulvospinel gibi diğer demir oksit mineralleri arasındaki ilişkiler çokça çalışılmıştır; reaksiyonları bu mineral ve aralarında oksijen etkisi nasıl ve manyetit koruyan bir rekor dünyanın manyetik alanının .

Düşük sıcaklıklarda manyetit, monoklinik yapıdan Verwey geçişi olarak bilinen kübik yapıya kristal yapı faz geçişine uğrar . Optik çalışmalar, bu metalden yalıtkana geçişin keskin olduğunu ve 120  K civarında gerçekleştiğini göstermektedir . Verwey geçişi, tane boyutuna, alan durumuna, basınca ve demir-oksijen stokiyometrisine bağlıdır . 130  K civarında Verwey geçişinin yakınında bir izotropik nokta da meydana gelir , bu noktada manyetokristalin anizotropi sabitinin işareti pozitiften negatife değişir. Curie sıcaklığı manyetit 580 ° C (; 1,076 ° F 853 K) 'dir.

Manyetit yeterince büyükse, manyetik yoğunlukları ölçen bir manyetometre kullanılarak yapılan aeromanyetik araştırmalarda bulunabilir .

Mevduat dağılımı

Bir kuvars sahil kumunda ( Chennai , Hindistan ) manyetit ve diğer ağır mineraller (koyu ).

Manyetit bazen sahil kumunda büyük miktarlarda bulunur. Bu tür siyah kumlar (mineral kumları veya demir kumları ) , Hong Kong'un Lung Kwu Tan'ı gibi çeşitli yerlerde bulunur ; Kaliforniya , Amerika Birleşik Devletleri ; ve Yeni Zelanda'nın Kuzey Adası'nın batı kıyısı . Kayalardan aşınan manyetit, nehirler tarafından sahile taşınır ve dalga hareketi ve akıntılarla yoğunlaşır. Bantlı demir oluşumlarında büyük tortular bulunmuştur. Bu tortul kayaçlar, Dünya atmosferinin oksijen içeriğindeki değişiklikleri ortaya çıkarmak için kullanılmıştır.

Şili'nin Atacama bölgesinde de büyük manyetit yatakları bulunur ( Şili Demir Kuşağı ); Sevgililer bölgesi Uruguay'da ; Kiruna , İsveç ; Tallawang Bölge ait New South Wales ; ve Adirondack bölgesinde New York'ta içinde ABD'de . Moritanya'nın en yüksek dağı olan Kediet ej Jill tamamen mineralden yapılmıştır. Mevduat ayrıca Norveç , Romanya ve Ukrayna'da da bulunmaktadır . Manyetit bakımından zengin kum tepeleri güney Peru'da bulunur. 2005 yılında, bir keşif şirketi olan Cardero Resources, Peru'da geniş bir manyetit içeren kum tepeleri yatağı keşfetti . Kumul alanı 250 kilometrekarelik bir alanı kaplar (100 sq mi), en yüksek kumul çöl tabanından 2.000 metrenin (6,560 ft) üzerindedir. Kum %10 manyetit içerir.

Yeterince büyük miktarlarda manyetit pusula navigasyonunu etkileyebilir . In Tazmanya ölçüde pergel etkileyebilir yüksek mıknatıslanmış kayalar birçok alan vardır. Tazmanya'da navigasyon sorunlarını minimumda tutmak için pusula kullanırken ekstra adımlar ve tekrarlanan gözlemler gereklidir.

Kübik bir alışkanlığa sahip manyetit kristalleri nadirdir ancak Balmat, St. Lawrence County, New York ve Långban, İsveç'te bulunmuştur . Bu alışkanlık, çinko gibi katyonların varlığında kristalleşmenin bir sonucu olabilir.

Manyetit, biyomineralizasyon nedeniyle fosillerde de bulunabilir ve manyetofosiller olarak adlandırılır . Göktaşlarından gelen uzay kaynaklı manyetit örnekleri de vardır .

biyolojik olaylar

Biyomanyetizma genellikle organizmalarda yaygın olarak bulunan biyojenik manyetit kristallerinin varlığı ile ilgilidir. Bu organizmalar, manyetotaktik bakterilerden (örneğin, Magnetospirillum magnetotacticum ) türlere bağlı olarak manyetit kristallerinin (ve diğer manyetik olarak hassas bileşiklerin) farklı organlarda bulunduğu insanlar dahil hayvanlara kadar uzanır . Biyomanyetitler, zayıf manyetik alanların biyolojik sistemler üzerindeki etkilerini açıklar. Elektrik ve manyetik alanlara ( galvanotaksis ) karşı hücresel duyarlılığın da kimyasal bir temeli vardır .

Gamaproteobakterilerdeki manyetit manyetozomları

Saf manyetit parçacıklardır biomineralized içinde magnetozom çeşitli türleri tarafından üretilir magnetotactic bakteri . 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, amorfik ferrik oksidi manyetite indirgeyerek oksijensiz tortularda manyetit oluşturabilir.

Kuş türü bir üst gaga manyetit kristaller dahil bilinen magnetoreception (ile bağlantılı olarak, hangi kriptokrom olarak retina ) olanağına yönü algılamak olanağı verir polarite çevre bölgesinin ve büyüklüğünü manyetik alan .

Chitons , yumuşakça bir tür olan bir dil benzeri bir şekilde bilinmektedir yapı radula'ait manyetit kaplanmış dişlerin veya kaplı denticles . Manyetitin sertliği, yiyeceklerin parçalanmasına yardımcı olur.

Biyolojik manyetit, organizmanın maruz kaldığı manyetik alanlar hakkında bilgi depolayabilir, bu da potansiyel olarak bilim adamlarının organizmanın göçü veya zaman içinde Dünya'nın manyetik alanındaki değişiklikler hakkında bilgi edinmelerine olanak tanır.

İnsan beyni

Canlı organizmalar manyetit üretebilir. İnsanlarda manyetit, frontal, parietal, oksipital ve temporal loblar, beyin sapı, serebellum ve bazal ganglionlar dahil olmak üzere beynin çeşitli yerlerinde bulunabilir. Demir beyinde manyetit, hemoglobin (kan) ve ferritin (protein) olmak üzere üç biçimde bulunabilir ve beynin motor fonksiyonla ilgili alanları genellikle daha fazla demir içerir. Manyetit hipokampusta bulunabilir. Hipokampus, bilgi işleme, özellikle öğrenme ve hafıza ile ilişkilidir. Bununla birlikte, manyetit, yükü veya manyetik doğası ve oksidatif strese dahil olması veya serbest radikal üretimi nedeniyle toksik etkilere sahip olabilir. Araştırmalar, nörodejeneratif hastalıklarla ilişkili beta-amiloid plakların ve tau proteinlerinin sıklıkla oksidatif stres ve demir birikiminden sonra ortaya çıktığını göstermektedir.

Bazı araştırmacılar ayrıca insanların manyetik bir duyuya sahip olduğunu öne sürerek, bunun belirli insanların navigasyon için manyeto-algı kullanmasına izin verebileceğini öne sürüyorlar. Manyetitin beyindeki rolü hala iyi anlaşılmamıştır ve biyomanyetizma çalışmalarına daha modern, disiplinler arası tekniklerin uygulanmasında genel bir gecikme olmuştur.

İnsan beyin-doku örneklerinin elektron mikroskobu taramaları, vücudun kendi hücreleri tarafından üretilen manyetit ile havadaki kirlilikten emilen manyetit, doğal formları pürüzlü ve kristal iken, manyetit kirliliği yuvarlak nanoparçacıklar olarak meydana gelir . Potansiyel olarak insan sağlığı tehlikesi olan havadaki manyetit, kirliliğin (özellikle yanmanın) bir sonucudur. Bu nanopartiküller, koku alma siniri yoluyla beyne gidebilir ve beyindeki manyetit konsantrasyonunu artırabilir. Bazı beyin örneklerinde, nanoparçacık kirliliği doğal parçacıklardan 100:1 kadar fazladır ve bu tür kirlilik kaynaklı manyetit parçacıkları anormal sinirsel bozulma ile bağlantılı olabilir. Bir çalışmada, 37 kişinin beyninde karakteristik nanopartiküller bulundu: 3 ila 85 yaşları arasında bunlardan 29'u, önemli bir hava kirliliği noktası olan Mexico City'de yaşamış ve ölmüştü. Yaşları 62 ile 92 arasında değişen sekiz kişi daha Manchester, İngiltere'den geldi ve bazıları değişen şiddette nörodejeneratif hastalıklarla öldü. Bu tür parçacıklar, Alzheimer hastalığı gibi hastalıklara makul bir şekilde katkıda bulunabilir . Nedensel bir bağlantı kurulmamış olsa da, laboratuvar çalışmaları manyetit gibi demir oksitlerin beyindeki Alzheimer hastalığına bağlı protein plaklarının bir bileşeni olduğunu göstermektedir .

Alzheimer hastalarında beynin bazı bölümlerinde artan demir seviyeleri, özellikle manyetik demir bulunmuştur. Demir konsantrasyonlarındaki değişikliklerin izlenmesi, manyetit ve ferritin arasındaki ilişki nedeniyle nöron kaybını ve nörodejeneratif hastalıkların gelişimini semptomların başlangıcından önce tespit etmeyi mümkün kılabilir. Dokuda, manyetit ve ferritin, kontrast yaratan manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ile etkileşime girecek küçük manyetik alanlar üretebilir. Huntington hastaları artmış manyetit seviyeleri göstermedi; ancak, çalışma farelerinde yüksek seviyeler bulunmuştur.

Uygulamalar

Yüksek demir içeriği nedeniyle, manyetit uzun zamandır önemli bir demir cevheri olmuştur . Bu azalır yüksek fırınlarda için pik demir veya gözenekli demir ile dönüşüm için çelik .

Manyetik kayıt

Manyetik asetat bant kullanılarak ses kaydı 1930'larda geliştirildi. Alman manyetofonu , kayıt ortamı olarak manyetit tozu kullanmıştır. Aşağıdaki Dünya Savaşı , 3M Şirketi Alman tasarım üzerinde çalışmaya devam etti. 1946, 3M, araştırmacılar iğne şekilli parçacıklar ile manyetit değiştirerek, kübik kristaller tozlar kullanılan manyetit tabanlı bant, getirebileceği bulunan gama demir oksit (γ-Fe 2 O 3 ).

Kataliz

Dünya enerji bütçesinin yaklaşık %2–3'ü , manyetitten türetilen katalizörlere dayanan nitrojen fiksasyonu için Haber Sürecine ayrılmaktadır. Endüstriyel katalizör, genellikle yüksek saflıkta manyetitin indirgenmesiyle elde edilen ince öğütülmüş demir tozundan elde edilir. Toz haline getirilmiş demir metal, belirli bir partikül boyutunda manyetit veya wüstit verecek şekilde yakılır (oksitlenir). Manyetit (veya wüstit) parçacıkları daha sonra kısmen indirgenir ve işlemdeki oksijenin bir kısmı çıkarılır . Ortaya çıkan katalizör parçacıkları, bir dış demir metal kabuğu ile çevrelenen bir wüstit kabuğuyla kaplanmış bir manyetit çekirdeğinden oluşur. Katalizör, indirgeme sırasında yığın hacminin çoğunu korur, bu da bir katalizör olarak etkinliğini artıran oldukça gözenekli, yüksek yüzey alanlı bir malzeme ile sonuçlanır.

manyetit nanoparçacıklar

Manyetit mikro ve nanopartiküller, biyomedikalden çevreye kadar çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Bir kullanım su arıtmadadır: yüksek gradyanlı manyetik ayırmada, kirlenmiş suya verilen manyetit nanopartiküller, asılı partiküllere (örneğin katılar, bakteriler veya plankton) bağlanacak ve sıvının dibine yerleşerek kirleticilerin dağılmasına izin verecektir. kaldırılacak ve manyetit parçacıkları geri dönüştürülecek ve yeniden kullanılacaktır. Bu yöntem, radyoaktif ve kanserojen partiküllerle de çalışır ve su sistemlerine giren ağır metaller durumunda onu önemli bir temizleme aracı haline getirir.

Manyetik nanoparçacıkların bir başka uygulaması da ferroakışkanların yaratılmasıdır . Bunlar, oynaması eğlenceli olmanın yanı sıra çeşitli şekillerde kullanılır. Ferrofluidler, insan vücudunda hedeflenen ilaç dağıtımı için kullanılabilir. İlaç moleküllerine bağlı parçacıkların manyetizasyonu, çözeltinin vücudun istenen bölgesine “manyetik olarak sürüklenmesine” izin verir. Bu, vücudun tamamı yerine vücudun sadece küçük bir bölgesinin tedavisine izin verecek ve diğer şeylerin yanı sıra kanser tedavisinde oldukça faydalı olabilir. Ferroakışkanlar ayrıca manyetik rezonans görüntüleme (MRI) teknolojisinde de kullanılır.

Kömür madenciliği endüstrisi

İçin atık kömür ayrılması , yoğun orta banyoları kullanılmıştır. Bu teknik, kömür (m³ başına 1,3–1,4 ton) ve şeyl (m³ başına 2,2–2,4 ton) arasındaki yoğunluk farkını kullandı . Ara yoğunlukta (manyetitli su) bir ortamda taşlar battı ve kömür yüzdü.

Manyetit mineral örneklerinin galerisi

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar