ウスタイト

ウスタイト
一般的な
カテゴリ	酸化鉱物
式 （繰り返し単位）	鉄O
IMAシンボル	ヴュス[1]
ストルンツ分類	4.AB.25
結晶系	キュービック
クリスタルクラス	六八面体（m 3 m） H–M記号：（4/m 3 2/m）
空間群	Fm3m（第225号）
識別
色	灰白色から黄色または茶色。薄片では無色
クリスタル習慣	ピラミッド型、角柱型
胸の谷間	{001} 完璧
骨折	亜貝殻状から粗面状
モース 硬度	5～5.5
比重	5.88
密度	5.7グラム/ cm3
屈折率	合成結晶では1.735～2.32
多色性	なし
溶解度	希塩酸に可溶
その他の特徴	ペリクレースと固溶体を形成する

ウスタイト（Fe O 、Fe _0.95 Oと表記されることもある）は、隕石や天然鉄に含まれる、主に鉄(II)酸化物の鉱物形態である。反射光では緑がかった灰色に輝く。ウスタイトは、不透明から半透明の金属粒子として、等軸六八面体結晶系で結晶化する。モース硬度は5～5.5、比重は5.88である。ウスタイトは、非化学量論的化合物の典型的な例である。

ヴュスト鉱は、ドイツの冶金学者でカイザー・ヴィルヘルム・アイゼンフォルシュング研究所（現マックス・プランク鉄研究所GmbH ）の創設所長であるフリッツ・ヴスト（1860年～1938年）にちなんで命名されました。^[2]

ドイツにおけるその模式産地に加えて、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ーリア炭田、および多数の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報告されている。また、深海のマンガン団塊からも報告されている。

その存在は高度に還元的な環境を示しています。

地球表面の鉄鉱物は、通常、高度に酸化されており、Fe ^3+状態のヘマタイトを形成しますが、やや酸化性の低い環境では、 Fe ³⁺と Fe ²⁺の混合物であるマグネタイトを形成します。 地球化学では、ウスタイトは岩石内の酸化還元緩衝液を定義し、この時点で岩石は非常に還元され、 Fe ³⁺、したがってヘマタイトは存在しません。

岩石の酸化還元状態がさらに低下すると、磁鉄鉱はウスタイトに変換されます。これは、磁鉄鉱の Fe ³⁺イオンが Fe ²⁺イオンに変換されることによって起こります。反応の例を以下に示します。

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

_{磁鉄鉱の化学式は、 Fe 3} O ₄ではなく、 FeO·Fe ₂ O ₃と書く方が正確です。磁鉄鉱は、ウスタイトとヘマタイトの固溶体ではなく、FeO と Fe ₂ O _{3 の}混合体です。磁鉄鉱は、系内に存在するFe ^{3+ がすべて 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、酸素フガシティーと同じレベルのままです^{[説明が必要]}。Fe –O 酸化還元系で酸化還元電位(E _h ) を緩衝することを考えると、これは水のH ⁺ /OH ⁻酸塩基系 でpH を緩衝することに例えることができます。

Fe ³⁺が消費されると、さらに還元するためにシステムから酸素を除去する必要があり、ウスタイトは自然鉄に変換されます。岩石の酸化物鉱物平衡集合体は、ウスタイト、磁鉄鉱、鉄になります。

自然界では、化学的に還元されてウスタイトと磁鉄鉱の組成に達するほどにまで至る自然系は稀であり、炭酸塩を多く含むスカルン、隕石、フルグライト、雷の影響を受けた岩石、そしておそらくダイヤモンドやグラファイトの存在に代表される還元炭素が存在するマントルなどが含まれる。

岩石内のFe ²⁺と Fe ³⁺の比率は、岩石のケイ酸塩鉱物の集合を部分的に決定します。特定の化学組成の岩石内では、鉄は全体の化学組成と、その温度と圧力で安定している鉱物相に基づいて鉱物に入ります。鉄は、Fe ²⁺として存在する場合にのみ輝石やカンラン石などの鉱物に入ります。Fe ^{3+ は}ファイアライトカンラン石の格子に入ることができないため、Fe ³⁺イオン2 個につきFe ^{2+ が}1 個使用され、磁鉄鉱分子 1 個が生成されます。

化学的に還元された岩石では、鉄がオリビンに入り込む傾向があるため、磁鉄鉱が存在しない可能性があり、シリカが利用できる量を超える鉄が過剰に存在する場合にのみ、ウスタイトが存在する可能性があります。したがって、ウスタイトは、すべての Fe ³⁺を除去し、鉄をケイ酸塩鉱物の外側に保つという両方の要件を満たす、化学的に高度に還元されたシリカ不飽和組成でのみ見つかる可能性があります。

自然界では、炭酸塩岩、潜在的にはカーボナタイト、キンバーライト、炭酸塩を含むメリライト岩、およびその他の希少なアルカリ岩がこれらの基準を満たす可能性があります。ただし、自然界ではこれらの岩石のほとんどにウスタイトが含まれていることは報告されていません。これは、磁鉄鉱をウスタイトにするのに必要な酸化還元状態が非常にまれであるためと考えられます。

世界のエネルギー予算の約 2～3% が、ウスタイト由来の触媒に依存するアンモニア( NH ₃ ) 生産のハーバー法に割り当てられています。工業用触媒は、通常、高純度の磁鉄鉱(Fe ₃ O ₄ ) の還元によって得られる細か​​く粉砕された鉄粉から得られます。粉砕された鉄金属は燃焼 (酸化) され、定義された粒子サイズの磁鉄鉱またはウスタイトが得られます。次に、磁鉄鉱 (またはウスタイト) 粒子は部分的に還元され、プロセス中の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、ウスタイトの殻に包まれた磁鉄鉱のコアで構成され、さらにその外側は鉄金属の殻で囲まれています。触媒は還元中にその嵩の大部分を維持し、その結果、高多孔質の高表面積材料となり、触媒としての有効性を高めます。^{[3] [4]}

ヴァグン・ファブリティウス・ブッフバルトによると、鉄器時代には、ウスタイトは鍛造溶接の工程を容易にするための重要な要素でした。古代、木炭の炉を使用して鍛冶が行われていたとき、鋼や鉄を入れた深い木炭の穴は、高度に還元された、実質的に酸素のない環境を提供し、金属上に薄いウスタイトの層を作りました。溶接温度では、鉄は酸素と非常に反応しやすくなり、空気にさらされると火花を散らして厚いスラグの層を形成し、鉄や鋼の溶接をほぼ不可能にします。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ました。砂の中の二酸化ケイ素がウスタイトと反応してファイアライトを形成し、溶接温度よりわずかに低い温度で溶けます。これにより、金属を酸素から保護し、酸化物や不純物を抽出して、容易に溶接できる純粋な表面を残す効果的なフラックスが生成されました。古代人はこれがどのように機能するかを知りませんでしたが、鉄を溶接する技術は青銅器時代から現代への移行に貢献しました。 ^[5]

ウスタイトはペリクレース（Mg O）と固溶体を形成し、鉄はマグネシウムの代わりになります。ペリクレースは水和すると、蛇紋岩変成反応の一般的な生成物であるブルーサイト（Mg（O H）₂ ）を形成します。

ウスタイトの酸化と水和により、針鉄鉱と褐鉄鉱が形成されます。

ウスタイトでは鉄の代わりに亜鉛、アルミニウム、その他の金属が使用されることがあります。

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、マグネサイトと関連があると考えられます。

• 規範鉱物学

• 鉱物データ出版 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 日にアクセス
• Webmineralデータ 2006年3月5日アクセス