ヴュスタイト

ウスタイト（Fe O 、Fe _0.95 Oとも表記される）は、隕石や天然鉄とともに産出する、主に酸化鉄（II）からなる鉱物です。反射光では、灰色に緑がかった色合いを呈します。ウスタイトは、不透明から半透明の金属光沢を持つ結晶粒として、等軸六八面体結晶系で結晶化します。モース硬度は 5 ～ 5.5、比重は 5.88 です。ウスタイトは、非化学量論的化合物の典型的な例です。

ヴュスタイトは、ドイツの冶金学者でカイザー・ヴィルヘルム鉄研究所（現在のマックス・プランク鉄研究所）の創設所長であるフリッツ・ヴュスト（1860～1938）にちなんで名付けられました。 ^{[ 2 ]}

ドイツの模式産地のほか、グリーンランドのディスコ島、インドのジャールカンド州ジャリア炭田、そしてキンバーライトパイプ中のダイヤモンドの包有物としても報告されている。また、深海マンガン団塊からも報告されている。

その存在は、非常に還元的な環境であることを示している。

地表の鉄鉱物は通常、高度に酸化されており、Fe ³⁺状態の赤鉄鉱を形成するか、やや酸化度の低い環境では、Fe ³⁺と Fe ²⁺の混合物である磁鉄鉱を形成する。地球化学において、ウスタイトは岩石内部の酸化還元緩衝点を定義するものであり、その時点で岩石は還元され、Fe ³⁺、ひいては赤鉄鉱は存在しない。

岩石の酸化還元状態がさらに還元されると、磁鉄鉱はウスタイトに変化します。これは、磁鉄鉱中のFe³⁺イオンがFe²⁺イオンに^変換されることによって起こります。反応例を以下に示します。

${\displaystyle {\ce {{\underset {磁鉄鉱}{FeO.Fe2O3}}+{\underset {グラファイト/ダイヤモンド}{C}}->{3FeO}+{\underset {一酸化炭素}{CO}}}}}$

磁鉄鉱の式は、 Fe ₃ O ₄よりもFeO·Fe ₂ O ₃と書く方がより正確です。磁鉄鉱は、ウスタイトと赤鉄鉱の固溶体ではなく、 FeO と Fe ₂ O ₃が 1 部分ずつから構成されています。磁鉄鉱は、系内に存在するすべての Fe ^{3+が Fe 2+に変換されるまで、}鉄の酸化物鉱物集合体がウスタイト-磁鉄鉱のままであるため、酸化還元緩衝剤と呼ばれます。さらに、岩石の酸化還元状態は、酸素フガシティのレベルが同じままです。Fe –O 酸化還元系における酸化還元電位(E _h ) の緩衝を考えると、これは水のH ⁺ /OH ⁻酸塩基系におけるpHの緩衝と比較できます。

Fe³⁺が消費されると^、さらに還元するために系から酸素が除去され、ウスタイトは天然鉄に変化する。岩石中の酸化物鉱物の平衡組成は、ウスタイト－磁鉄鉱－鉄となる。

自然界において、ウスタイトと磁鉄鉱の組成に達するほど化学的に還元された天然系は稀であり、炭酸塩に富むスカルン、隕石、フルグライト、落雷の影響を受けた岩石、そしておそらく還元炭素が存在するマントル（ダイヤモンドやグラファイトの存在がその例）などが挙げられる。

世界のエネルギー予算の約2～3%は、アンモニア（NH₃）製造のためのハーバー・ボッシュ法に割り当てられており_、この方法はウスタイト由来の触媒に依存しています。工業用触媒は、通常、高純度マグネタイト（Fe₃O₄ _）の還元によって得られる微粉砕鉄粉から作られています。粉砕された鉄金属は、一定の粒径のマグネタイトまたはウスタイトを得るために燃焼（酸化）されます。マグネタイト（またはウスタイト）粒子は、その後部分的に還元され、その過程で酸素の一部が除去されます。結果として得られる触媒粒子は、マグネタイトのコアがウスタイトのシェルに包まれ、さらに鉄金属の外殻で囲まれた構造になっています。触媒は還元中に体積の大部分を維持するため、多孔質で表面積の大きい材料となり、触媒としての有効性が向上します。^{[ 3 ] [ 4 ]}

ヴァグン・ファブリティウス・ブッフヴァルトによれば、鉄器時代には、鍛接の工程を容易にするためにウスタイトが重要な成分であった。古代、木炭炉を用いて鍛冶が行われていた時代には、鋼鉄や鉄が置かれた深い木炭の穴は、還元性の高い、ほぼ無酸素の環境を提供し、金属表面に薄いウスタイト層を形成した。溶接温度では、鉄は酸素と非常に反応しやすくなり、空気に触れると火花が出て厚いスラグ層を形成するため、鉄や鋼鉄の溶接はほぼ不可能となる。この問題を解決するために、古代の鍛冶屋は白熱した金属に少量の砂を投げかけた。砂に含まれるシリカはウスタイトと反応してファヤライトを形成し、これは溶接温度のすぐ下で溶融する。これにより、金属を酸素から保護し、酸化物や不純物を除去する効果的なフラックスが生成され、容易に溶接できる純粋な表面が得られた。古代人はこれがどのように機能するのかを知らなかったが、鉄を溶接する能力は青銅器時代から近代への移行に貢献した。 ^{[ 5 ]}

ウスタイトはペリクレース（Mg O）と固溶体を形成し、鉄がマグネシウムを置換します。ペリクレースは水和すると、蛇紋岩の変成反応でよく見られるブルサイト（Mg(O H ) ₂ ）を形成します。

ウスタイトの酸化と水和により、ゲータイトとリモナイトが生成される。

ウスタイト中の鉄の代わりに、亜鉛、アルミニウム、その他の金属が置換されることがある。

ドロマイトスカルン中のウスタイトは、菱鉄鉱（炭酸鉄（II））、珪灰石、エンスタタイト、透輝石、菱苦土鉱と関連している可能性がある。

• 規範鉱物学

• 鉱物データ公開資料（PDFファイル） 2006年3月5日アクセス
• Euromin（2006年3月5日アクセス）
• Mindat.orgのWüstite（ 2006年3月5日アクセス）
• Webmineralデータ（2006年3月5日アクセス）