ルチル

ルチル
一般的な
カテゴリ	酸化鉱物
式 （繰り返し単位）	チタン酸​
IMAシンボル	RT [1]
ストルンツ分類	4.DB.05
結晶系	正方晶
クリスタルクラス	四方両錐形（4/mmm） HM記号：（4/m 2/m 2/m）
空間群	P 4 2 /月
単位セル	a = 4.5937 Å、c = 2.9587 Å; Z  = 2
識別
色	茶色、赤褐色、血のような赤、赤、茶色がかった黄色、淡黄色、黄色、淡青、紫、まれに草のような緑、灰黒、Nb-Ta が多い場合は黒
クリスタル習慣	針状から柱状の結晶で、細長く、[001]に平行な縞模様がある。
姉妹都市	{011}、または{031}に共通。2、6、または8個の個体との接触双生児として、環状、多合成
胸の谷間	{110} 良好、{100} 普通、{092} と {011} で別れる
骨折	不均一から亜貝殻状
モース 硬度	6.0～6.5
光沢	アダマンタイトから金属へ
連勝	明るい赤から暗い赤
透けて見える	不透明、薄い破片では透明
比重	4.23 Nb-Ta含有量とともに増加する
光学特性	一軸（+）
屈折率	n ω = 2.613、n ε = 2.909 (589 nm)
複屈折	0.296 (589 nm)
多色性	弱い〜明瞭な茶色がかった赤緑黄色
分散	強い
融着性	アルカリ炭酸塩に溶ける
溶解度	酸に不溶
一般的な不純物	鉄、ニオブ、タンタル
その他の特徴	強い異方性
参考文献	[2] [3] [4] [5]

ルチルは二酸化チタン(TiO ₂ )で構成された酸化鉱物で、TiO ₂の最も一般的な天然形態です。より稀なTiO _2の多形として、アナターゼ、アカオギアイト、ブルッカイトなどが知られています。

ルチルは、既知の結晶の中で可視波長における屈折率が最も高い結晶の 1 つであり、特に大きな複屈折と高い分散性も示します。これらの特性により、ルチルは、約 4.5 マイクロメートルまでのより長い可視波長および赤外線波長用の特定の光学素子、特に偏光光学素子の製造に役立ちます。天然ルチルには、最大 10% の鉄と、かなりの量のニオブとタンタルが含まれる場合があります。

ルチルはラテン語のrutilus（「赤」）に由来しており、透過光で見ると一部の標本に深紅色が見られることに由来しています。ルチルは1803年にアブラハム・ゴットロブ・ヴェルナーによって、スペインのマドリードにあるオルカフエロ・デ・ラ・シエラで採取された標本を用いて初めて記述されました。 ^[6]結果的に、この産地はタイプ産地となっています。

ルチルは、高温高圧変成岩や火成岩によく見られる副鉱物です。

熱力学的には、ルチルはあらゆる温度において最も安定したTiO ₂の多形であり、アナターゼやブルッカイトの準安定相よりも低い全自由エネルギーを示します。 ^{[7]そのため、準安定TiO} ₂多形からルチルへの変化は不可逆的です。3つの主な多形の中で分子量が最も小さいため、通常、ほとんどの高圧変成岩、主にエクロジャイトの主なチタン含有相です。

火成岩環境において、ルチルは深成岩によく見られる副鉱物ですが、特にマントル深部を起源とするキンバーライトやランプロイトなどの噴出岩にも時折見られます。アナターゼとブルッカイトは火成岩環境中に見られ、特に深成岩の冷却中に生じる自生的変質の産物として見られます。また、アナターゼは一次ルチルを起源とする砂鉱床にも見られます。

大きな結晶標本は、ペグマタイト、スカルン、グラナイト グライゼンに最も多く見られます。ルチルは、変質した火成岩、特定の片麻岩や片岩に副鉱物として含まれています。針状結晶のグループでは、スイスのグラウビュンデン州産のフレッシュダムールのように、石英を貫いているのがよく見られます。2005年、西アフリカのシエラレオネ共和国の生産能力は、世界の年間ルチル供給量の23%でしたが、2008年には約30%に増加しました。

ルチルは正方 格子を持ち、格子定数はa = b = 4.584 Å、c = 2.953 Åである。^[8]チタン陽イオンの配位数は6で、6個の酸素原子からなる八面体に囲まれている。酸素陰イオンの配位数は3で、三角平面配位となる。ルチルは八面体を順に見ると螺旋軸も示す。^[9]還元条件下で形成されると、Ti ³⁺中心と結合した酸素空孔が発生することがある。^[10]水素はこれらの隙間に入り込み、個々の空孔占有体として存在する（水素イオンとして対になる）か、隣接する酸素と水酸化物基を形成する。^[10]

ルチル結晶は、最も一般的には柱状または針状の成長習性を示し、 c軸（[001]方向）に沿って優先的に配向することが観察されています。この成長習性は、ルチルの{110}面が最も低い表面自由エネルギーを示し、したがって熱力学的に最も安定しているために有利です。^[8]ルチルのc軸配向成長は、この相のナノロッド、ナノワイヤ、および異常な粒成長現象 に明確に現れます。

海岸の砂に多量に含まれるルチルは、重鉱物や鉱床の重要な構成成分です。鉱山労働者は、ルチル、ジルコン、イルメナイトなどの貴重な鉱物を抽出して分離します。ルチルの主な用途は、耐火セラミックの製造、顔料、およびチタン金属の生産です。

細かく粉末にしたルチルは、鮮やかな白色の顔料で、塗料、プラスチック、紙、食品、その他明るい白色が求められる用途に使用されています。二酸化チタン顔料は、世界中でチタンの最大の用途です。ルチルのナノスケール粒子は可視光線を透過しますが、紫外線の吸収に非常に効果的です(日焼け止め)。ナノサイズのルチル粒子の紫外線吸収はバルクのルチルに比べて青方偏移しているため、より高エネルギーの紫外線がナノ粒子に吸収されます。そのため、紫外線による皮膚の損傷を防ぐため、 日焼け止めに使用されています。

宝石に含まれる小さなルチルの針は、アステリズムと呼ばれる光学現象を引き起こします。アステリズムのある宝石は「スター」ジェムとして知られています。スターサファイア、スタールビー、その他のスタージェムは非常に人気があり、通常、通常のジェムよりも価値があります。

ルチルは溶接電極被覆材として広く利用されており、高度に風化した堆積物を分類するZTR 指数の一部としても使用されています。

ルチルは大きなバンドギャップを持つ半導体として、ここ数十年、光触媒や希薄磁性への応用を目的とした機能性酸化物としての応用に向けた重要な研究の対象となっている。^[11]研究では、通常、鉱床由来の材料ではなく、少量の合成ルチルが利用されている。

合成ルチルは 1948 年に初めて製造され、さまざまな名前で販売されています。合成ルチルは、チタン鉱石イルメナイトからベッチャー法で製造できます。非常に純粋な合成ルチルは透明で、大きな塊ではわずかに黄色がかったほぼ無色です。合成ルチルは、ドーピングによってさまざまな色にすることができます。高い屈折率により、ダイヤモンドのような 光沢と強い屈折が得られ、ダイヤモンドのような外観になります。ほぼ無色のダイヤモンド代替品は「チタニア」として販売されています。これは、この酸化物の古い化学名です。ただし、ルチルはそれほど硬くなく (傷がつきにくい)、モース硬度スケールで約 6 しかないため、ジュエリーにはほとんど使用されません。

二酸化チタンの光触媒活性に関する研究の関心が高まった結果、アナターゼ相とルチル相の両方（および2つの相の二相混合物）において、粉末および薄膜の形態のルチルTiO ₂が、無機前駆体（通常はTiCl ₄ ）または有機金属前駆体（通常はチタンイソプロポキシドなどのアルコキシド、TTIPとしても知られる）を使用した溶液ベースの経路により、実験室条件で頻繁に製造されています。合成条件に応じて、結晶化する最初の相は準安定アナターゼ相である可能性があり、これはその後、熱処理によって平衡ルチル相に変換できます。ルチルの物理的特性は、多くの場合、ドーパントを使用して変更され、光生成電荷キャリア分離の改善、電子バンド構造の変更、および表面反応性の改善を通じて、改善された光触媒活性が付与されます。

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• 「ルチル」 。アメリカーナ百科事典。1920年。