Анатаз представляет собой метастабильную минеральную форму диоксида титана (TiO 2 ) с тетрагональной кристаллической структурой. Хотя чистый анатаз бесцветен или бел, в природе он обычно представляет собой черное твердое вещество из-за примесей. Известно, что три другие полиморфные модификации (или минеральные формы) диоксида титана встречаются в природе: брукит , акаогит и рутил , причем рутил является наиболее распространенным и наиболее стабильным из них. Анатаз образуется при относительно низких температурах и в незначительных концентрациях встречается в магматических и метаморфических породах. [5] Стекло, покрытое тонкой пленкой TiO 2, обладает свойствами защиты от запотевания и самоочищения под действием ультрафиолетового излучения. [6]
Анатаз всегда встречается в виде мелких, изолированных и резко развитых кристаллов и, как и рутил, кристаллизуется в тетрагональной системе . Анатаз метастабилен при любых температурах и давлениях, причем равновесным полиморфом является рутил. Тем не менее, анатаз часто является первой фазой диоксида титана, которая образуется во многих процессах из-за его более низкой поверхностной энергии , а превращение в рутил происходит при повышенных температурах. [7] Хотя степень симметрии одинакова как для анатаза, так и для рутиловой фазы, нет никакой связи между межфазными углами двух минералов, за исключением зоны призмы 45 ° и 90 °. Обычный октаэдрический кристалл анатаза с четырьмя идеальными плоскостями спайности имеет угол над полярным краем 82 ° 9 ', тогда как рутиловые октаэдры имеют только угол полярного края 56 ° 52½ '. Более крутой угол придает кристаллам анатаза более длинную вертикальную ось и более тонкий внешний вид, чем у рутила, что побудило французского минералога Рене Жюста Гаюи назвать минерал анатаз в 1801 году от греческого anatasis («расширение»). Между физическими свойствами анатаза и рутила существуют дополнительные важные различия. Например, анатаз менее тверд (5,5–6 против 6–6,5 по шкале Мооса ) и менее плотен ( удельный вес около 3,9 против 4,2), чем рутил. Анатаз также оптически отрицателен , тогда как рутил оптически положителен. Анатаз также имеет более сильный адамантиновый или металло -адамантиновый блеск , чем рутил. [8]
Можно выделить два типа роста кристаллов анатаза. Чаще встречаются простые острые октаэдры цвета от индиго до черного и стального блеска. Кристаллы этого типа в изобилии встречаются в Ле-Бур-д'Уазан в Дофине, Франция , где они связаны с горным хрусталем, полевым шпатом и аксинитом в трещинах гранитных и слюдяных сланцев . Подобные кристаллы микроскопических размеров широко распространены в осадочных породах, таких как песчаники , глины и сланцы , от которых их можно отделить путем вымывания более легких компонентов порошкообразной породы. [8] Плоскость (101) анатаза является наиболее термодинамически стабильной поверхностью и, следовательно, наиболее широко открытой гранью природного и синтетического анатаза. [9]
Кристаллы второго типа имеют развитые многочисленные пирамидальные грани, обычно более плоские, иногда призматические по габитусу. Цвет их от медово-желтого до коричневого. Такие кристаллы по внешнему виду очень напоминают минерал ксенотим и исторически считались особой формой ксенотима, называемой визирин . Они встречаются прикрепленными к стенкам расщелин гнейсов в Альпах , известным местом является Бинненталь недалеко от Брига в кантоне Вале , Швейцария . [8]
Хотя анатаз не является равновесной фазой TiO 2 , он метастабилен при температуре около комнатной. При температуре от 550 до примерно 1000 °C анатаз превращается в рутил. Температура этого превращения сильно зависит от примесей или легирующих добавок , а также от морфологии образца. [10]
Из-за своего потенциального применения в качестве полупроводника анатаз часто получают синтетическим путем. Кристаллический анатаз можно получить в лабораториях химическими методами, такими как золь-гель-процесс . Этого можно добиться путем контролируемого гидролиза тетрахлорида титана (TiCl 4 ) или этоксида титана . Часто в такие процессы синтеза включаются легирующие примеси для контроля морфологии, электронной структуры и химии поверхности образца анатаза. [11]
Другое название, обычно используемое для анатаза, — октаэдрит , более раннее, чем анатаз, и данное из-за общей (острой) октаэдрической формы кристаллов. Другие названия, ныне устаревшие, — уазанит и дофинит , происходящие из известного французского местонахождения Ле Бур-д'Уазан в Дофине . [8]
