Диоксид титана

Несмотря на то, что титан не самый доступный металл, он занимает 9 место по распространенности среди элементов в земной коре - 5.7 грамм в килограмме земли (для сравнения это в 5.5 раз больше фосфора, в 21 раз больше серы и в 81 раз больше цинка).

Главная проблема это сложный процесс восстановления металлического титана из его соединений, самое распространённое из которых - диоксид титана (TiO2). Диоксид титана является основным продуктом титановой индустрии на производство которого идёт 95% всё руды. Представляет из себя белый порошок, инертный ко всем растворам кислот, кроме плавиковой. Проявляет свойство фотокатализа (ускорение химической реакции под действием света). Практически весь диоксид титана используется в технологии, как стойкий пигмент белого цвета не меняющий своих характеристик даже при нагревании - это и титановые белила, и производство пластмасс и даже косметика.

Но наиболее интересны минералы диоксида титана. Именно минералЫ, поскольку в природе существует три полиморфных модификации с одним и тем же составом (TiO2): рутил, анатаз, брукит

Всё дело в различной сингонии (классификации кристаллографических групп симметрии). Проще говоря, в различной комбинации и углах в кристалле между отдельными молекулами TiO2. Анатаз и рутил имеют тетрагональную структуру, а брукит - орторомбическую. Визуально это можно изобразить следующим образом:

Самая распространённая модификация это рутил - чаще всего именно он содержится в титановой руде. Обычно образует призматические или столбчатые кристаллы. Твердость 7 по шкале Мооса, плотность 4,2 г/см?. Цвет от чёрного до красно-коричневого с металлическим блеском.

Иногда рутил в виде тончайших волосовидных или игольчатых кристаллов встречается внутри кристаллов кварца - такой камень называется Волосатиком.

Природный рутил непрозрачный, однако синтетическим путём для ювелирной продукции получают именно эту полиморфную модификацию прозрачного вида, имеющую показатель преломления даже выше, чем у алмаза. Но всё же неустойчивость к царапинам является большим недостатком

Анатаз - вторая по распространённости модификация. Кристаллы образуются чаще всего в виде двойной пирамиды или призмы. Твердость 6 по шкале Мооса; плотность 3,9 г/см?. Цвета анатаза от чёрного до коричневатого и тёмно-синего. Интересная особенность в том, что при температуре 650 °C изменяется кристаллическая структура и анатаз переходит в рутил. Также в отличии от рутила редко, но встречаются прозрачные образцы, обладающие двойным лучепреломлением.

И самая редкая разновидность - брукит. Его хрупкие кристаллы имеют вид пластинок. Твердость как у анатаза - 6 по шкале Мооса; плотность 4,1 г/см?. Кристаллы брукита коричневого цвета и гораздо чаще имеют прозрачный вид с очень высокими показателями преломления.

При температуре 750 °С брукит переходит в рутил.

Однако существует и четвертый минерал диоксида титана с моноклинной сингонией - акаогиит. Он был открыт в 2008 году и встречается в единственном месте - метеоритный кратер Нёрдлингенский Рис в Германии. Вкрапления минерала не превышают 120 микрон.

Акаогиит образовался в аномальных условиях после столкновения метеорита 14,5 млн лет назад, так что считается, что в земной коре возможно образование трёх минералов диоксида титана.