Анатаз — это метастабильная минеральная форма диоксида титана (TiO 2 ) с тетрагональной кристаллической структурой. Хотя в чистом виде анатаз бесцветный или белый, в природе он обычно представляет собой черное твердое вещество из-за примесей. Известно, что в природе встречаются еще три полиморфа (или минеральные формы) диоксида титана: брукит , акаогиит и рутил , причем рутил является наиболее распространенным и наиболее стабильным из них. Анатаз образуется при относительно низких температурах и встречается в небольших концентрациях в магматических и метаморфических породах. [5] Стекло, покрытое тонкой пленкой TiO 2, проявляет противозапотевающие и самоочищающиеся свойства под воздействием ультрафиолетового излучения. [6]
Анатаз всегда встречается в виде небольших, изолированных и резко развитых кристаллов и, как и рутил, кристаллизуется в тетрагональной системе . Анатаз метастабилен при всех температурах и давлениях, причем рутил является равновесным полиморфом. Тем не менее, анатаз часто является первой фазой диоксида титана, образующейся во многих процессах из-за его более низкой поверхностной энергии , при этом превращение в рутил происходит при повышенных температурах. [7] Хотя степень симметрии одинакова для фаз анатаза и рутила, нет никакой связи между углами раздела двух минералов, за исключением призматической зоны 45° и 90°. Обычная октаэдрическая кристаллическая форма анатаза с четырьмя совершенными 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 вид, чем у рутила. Существуют дополнительные важные различия между физическими характеристиками анатаза и рутила. Например, анатаз менее твердый (5,5–6 против 6–6,5 по шкале Мооса ) и менее плотный ( удельный вес около 3,9 против 4,2), чем рутил. Анатаз также оптически отрицателен , тогда как рутил оптически положителен. Анатаз имеет более сильный адамантиновый или металлический -адамантиновый блеск , чем рутил. [8]
Современное название было введено Рене Жюстом Гаюи в 1801 году, но минерал был известен и описан и раньше. Оно происходит от древнегреческого : ἀνάτασις 'вытягивание', потому что кристаллы вытянуты вдоль оси по сравнению с другими дипирамидальными. [9]
Другое название, обычно используемое для анатаза, — октаэдрит , который появился раньше, чем анатаз, и был дан Орасом Бенедиктом де Соссюром [9] из-за общей (острой) октаэдрической формы кристаллов. Другие названия, ныне устаревшие, — оизанит (от Жана-Клода Деламетери ) и дофинит , от известного французского местонахождения Ле-Бур-д'Уазан в Дофине . [8]
Можно выделить два типа роста кристаллов анатаза. Наиболее распространенный из них — простые острые октаэдры с цветом от индигово-синего до черного и стальным блеском. Кристаллы такого типа в изобилии встречаются в Ле-Бур-д'Уазан в Дофине, Франция , где они ассоциируются с горным хрусталем, полевым шпатом и аксинитом в трещинах гранита и слюдяного сланца . Подобные кристаллы микроскопических размеров широко распространены в осадочных породах, таких как песчаники , глины и сланцы , из которых их можно отделить, вымывая более легкие компоненты порошкообразной породы. [8] Плоскость (101) анатаза является наиболее термодинамически стабильной поверхностью и, следовательно, наиболее широко открытой гранью в природном и синтетическом анатазе. [10]
Кристаллы второго типа имеют многочисленные развитые пирамидальные грани, и они обычно более плоские или иногда призматические по габитусу. Их цвет от медово-желтого до коричневого. Такие кристаллы очень похожи на минерал ксенотим по внешнему виду и исторически считались особой формой ксенотима, называемой wiserine . Они встречаются прикрепленными к стенкам трещин в гнейсах в Альпах , хорошо известное местонахождение — Бинненталь около Брига в кантоне Вале , Швейцария . [8]
Хотя анатаз не является равновесной фазой TiO 2 , он метастабилен вблизи комнатной температуры. При температурах 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. [11]
Из-за его потенциального применения в качестве полупроводника анатаз часто получают синтетически. Кристаллический анатаз может быть получен в лабораториях химическими методами, такими как золь-гель процесс . Это может быть сделано посредством контролируемого гидролиза тетрахлорида титана (TiCl 4 ) или этоксида титана . Часто в такие процессы синтеза включают легирующие примеси для управления морфологией, электронной структурой и поверхностной химией образца анатаза. [12]
