रूटाइल

रूटाइल रंजातु डाइऑक्साइड (TiO2) से बना एक ऑक्साइड खनिज होता है, जो TiO2 का सबसे सामान्य प्राकृतिक रूप होता है। TiO2 के दुर्लभ बहुरूप ज्ञात होता है, जिनमें एनाटेज, अकाओगाइट और ब्रुकाइट सम्मलित होते है।

रूटाइल में किसी भी ज्ञात क्रिस्टल के दृश्य तरंग दैर्ध्य पर उच्चतम अपवर्तक सूचकांकों में से एक है और यह विशेष रूप से बड़े द्विअर्थी और उच्च फैलाव को भी प्रदर्शित करता है। इन गुणों के कारण, यह कुछ ऑप्टिकल तत्वों, विशेष रूप से ध्रुवीकरण प्रकाशिकी के निर्माण के लिए उपयोगी होते है, लगभग 4.5 माइक्रोमीटर तक लंबे समय तक दृश्यमान और अवरक्त तरंगदैर्ध्य के लिए होता है। प्राकृतिक रूटाइल में 10% तक लोहा और नाइओबियम और टैंटलम की महत्वपूर्ण मात्रा होती है।

रूटाइल का नाम लैटिन ('लाल') से लिया गया है, जो प्रसारित प्रकाश द्वारा देखे जाने पर कुछ नमूनों में देखे गए गहरे लाल रंग के संदर्भ में होते है। रूटाइल को पहली बार 1803 में अब्राहम गोटलॉब वर्नर द्वारा होरकाजुएलो डे ला सिएरा, मैड्रिड (स्पेन) में प्राप्त नमूनों का उपयोग करके वर्णित किया गया था, जो फलस्वरूप प्रकार का इलाका था।

घटना
रूटाइल उच्च तापमान और उच्च दबाव मेटामॉर्फिक चट्टानों और आग्नेय चट्टानों में एक सामान्य सहायक खनिज होता है।

ऊष्मप्रवैगिक रूप से, रूटाइल सभी तापमानों पर TiO2 का सबसे स्थिर बहुरूप है, एनाटेज या ब्रुकाइट के मेटास्टेबल चरणों की तुलना में कम कुल मुक्त ऊर्जा प्रदर्शित करता है। परिणाम स्वरुप, मेटास्टेबल TiO2 पॉलीमॉर्फ्स का रूटाइल में परिवर्तन अपरिवर्तनीय होता है। चूंकि इसमें तीन मुख्य बहुरूपियों की सबसे कम आणविक मात्रा होती है, यह सामान्यतः प्राथमिक टाइटेनियम-असर वाला चरण होता है, जो कि ज्यादातर उच्च दबाव मेटामॉर्फिक चट्टानों में होता है, मुख्य रूप से पारिस्थितिकी होते है।

आग्नेय वातावरण के भीतर, प्लूटोनिक आग्नेय चट्टानों में रूटाइल एक सामान्य सहायक खनिज होता है, चूंकि यह कभी-कभी बहिर्भेदी आग्नेय चट्टानों में भी पाया जाता है, विशेष रूप से किम्बरलाइट्स और लैम्प्रोइट्स जैसे कि गहरे मेंटल स्रोत होते है। एनाटेज और ब्रुकाइट आग्नेय वातावरण में पाए जाते है, विशेष रूप से प्लूटोनिक चट्टानों के ठंडा होने के दौरान ऑटोजेनिक परिवर्तन के उत्पादों के रूप में एनाटेज प्राथमिक रूटाइल से प्राप्त प्लेसर जमा में भी पाया जाता है।

बड़े नमूना क्रिस्टल की घटना पेगमाटाइट्स, स्कार्न्स और ग्रेनाइट ग्रीसेंस में सबसे आम होते है। रूटाइल कुछ परिवर्तित आग्नेय चट्टानों में और कुछ गनीस और विद्वानों में एक सहायक खनिज के रूप में पाया जाता है। एसिक्यूलर क्रिस्टल के समूहों में यह अधिकांशतः स्विट्ज़रलैंड के ग्रौबुन्डेन से फ्लेचेस डी एमोर के रूप में घुमावदार क्वार्ट्ज देखा जाता है। 2005 में पश्चिम अफ्रीका में सेरा लिओन गणराज्य की उत्पादन क्षमता दुनिया की वार्षिक रूटाइल आपूर्ति का 23% थी, जो 2008 में बढ़कर लगभग 30% हो गई थी।

क्रिस्टल की संरचना
रूटाइल में एक टेट्रागोनल क्रिस्टल

रूटाइल में एक टेट्रागोनल यूनिट सेल होता है, जिसमें यूनिट सेल पैरामीटर a = b = 4.584 Å, और c = 2.953 Å होता है। टाइटेनियम के धनायनों की समन्वय संख्या 6 होती है, जिसका अर्थ है कि वे 6 ऑक्सीजन परमाणुओं के एक अष्टफलक से घिरे होते है। ऑक्सीजन आयनों की समन्वय संख्या 3 होती है, जिसके परिणामस्वरूप त्रिकोणीय तलीय समन्वय होता है। रूटाइल एक स्क्रू अक्ष भी दिखाता है जब इसके ऑक्टाहेड्रा को क्रमिक रूप से देखा जाता है। घटती परिस्थितियों में बनने पर, Ti3+ केंद्रों के साथ मिलकर ऑक्सीजन की रिक्तियां होती है। हाइड्रोजन इन अंतरालों में प्रवेश कर सकता है, जो एक व्यक्तिगत रिक्त स्थान (हाइड्रोजन आयन के रूप में युग्मन) के रूप में उपस्तिथ होता है या आसन्न ऑक्सीजन के साथ एक हाइड्रॉक्साइड समूह बनता है।

रूटाइल क्रिस्टल सामान्यतः अपने सी अक्ष, [001] दिशा के साथ तरजीही अभिविन्यास के साथ एक प्रिज्मेटिक या एकिकुलर विकास आदत प्रदर्शित करने के लिए देखे जाते है। विकास की इस आदत को पसंद किया जाता है क्योंकि रूटाइल के {110} पहलू निम्नतम सतह मुक्त ऊर्जा प्रदर्शित करते है और इसलिए थर्मोडायनामिक रूप से सबसे स्थिर होते है। इस चरण के नैनोरोड्स, नैनोवायर्स और असामान्य अनाज विकास घटनाओं में रूटाइल की सी-अक्ष उन्मुख वृद्धि स्पष्ट रूप से दिखाई देती है।

आवेदन
समुद्र तट की रेत में बड़ी मात्रा में रूटाइल भारी खनिजों और अयस्क जमा का एक महत्वपूर्ण घटक होता है। खनिक मूल्यवान खनिजों को निकालते और अलग करते है - जैसे, रूटाइल, जिक्रोन और इल्मेनाइट। रूटाइल के लिए मुख्य उपयोग आग रोक सिरेमिक का निर्माण, वर्णक के रूप में और टाइटेनियम धातु के उत्पादन के लिए होता है।

बारीक पीसा हुआ रूटाइल एक शानदार सफेद रंगद्रव्य होता है और इसका उपयोग रँगना, प्लास्टिक, कागज, खाद्य पदार्थ और अन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है जो चमकीले सफेद रंग के लिए कहते है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड वर्णक दुनिया भर में टाइटेनियम का सबसे बड़ा उपयोग होता है। रूटाइल के नैनोस्केल कण दृश्यमान प्रकाश के लिए पारदर्शी होते है लेकिन पराबैंगनी विकिरण (सनस्क्रीन) के अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) में अत्यधिक प्रभावी होते है। नैनो-आकार के रूटाइल कणों का यूवी अवशोषण बल्क रूटाइल की तुलना में ब्लू-शिफ्ट होता है जिससे कि नैनोकणों द्वारा उच्च-ऊर्जा यूवी प्रकाश को अवशोषित किया सकता है। इसलिए, यूवी-प्रेरित त्वचा क्षति से बचाने के लिए उनका उपयोग सनस्क्रीन में किया जाता है।

रत्नों में उपस्तिथ छोटी रूटाइल सुइयाँ ऑप्टिकल घटना के लिए जिम्मेदार होती है जिसे एस्टेरिज्म के रूप में जाना जाता है। तारांकित रत्नों को "तारा" रत्न के रूप में भी जाना जाता है। स्टार नीलम, स्टार माणिक और अन्य स्टार रत्नों की अत्यधिक मांग की जाती है और सामान्यतः उनके सामान्य समकक्षों की तुलना में अधिक मूल्यवान होती है।

रूटाइल व्यापक रूप से एक वेल्डिंग इलेक्ट्रोड कवरिंग के रूप में उपयोग किया जाता है। इसका उपयोग जेडटीआर सूचकांक के एक भाग के रूप में भी किया जाता है, जो अत्यधिक अपक्षयित अवसादों को वर्गीकृत करता है।

अर्धचालक
रूटाइल, एक बड़े बैंड-गैप सेमीकंडक्टर के रूप में, हाल के दशकों में फोटोकैटलिसिस और तनु चुंबकत्व में अनुप्रयोगों के लिए एक कार्यात्मक ऑक्साइड के रूप में अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण शोध के विषय होते है। अनुसंधान के प्रयास सामान्यतः खनिज-जमा व्युत्पन्न सामग्री के अतिरिक्त छोटी मात्रा में सिंथेटिक रूटाइल का उपयोग करते है।

सिंथेटिक रूटाइल
सिंथेटिक रूटाइल पहली बार 1948 में निर्मित किया गया था और इसे विभिन्न नामों से बेचा जाता है। इसे बेचर प्रक्रिया के माध्यम से टाइटेनियम अयस्क इल्मेनाइट से उत्पादित किया जा सकता है। बहुत शुद्ध सिंथेटिक रूटाइल पारदर्शी और लगभग रंगहीन होता है, बड़े टुकड़ों में थोड़ा पीला भी होता है। डोपिंग द्वारा विभिन्न प्रकार के रंगों में सिंथेटिक रूटाइल बनाया जा सकता है। उच्च अपवर्तक सूचकांक एक कठोर चमक और मजबूत अपवर्तन देता है जो हीरे की तरह दिखता है। निकट-रंगहीन हीरा स्थानापन्न "टिटानिया" के रूप में बेचा जाता है, जो इस ऑक्साइड के लिए पुराने जमाने का रासायनिक नाम है। चूंकि, गहनों में रूटाइल का उपयोग संभवतः ही कभी किया जाता है क्योंकि यह बहुत कठोर (खरोंच-प्रतिरोधी) नहीं होते है, मोह कठोरता पैमाने पर केवल 6 के बारे में मापता है।

एनाटेज और रूटाइल दोनों चरणों (साथ ही दो चरणों के द्विध्रुवीय मिश्रण) में टाइटेनियम डाइऑक्साइड की फोटोकैटलिटिक गतिविधि में बढ़ती शोध रुचि के परिणामस्वरूप, पाउडर और पतली फिल्म के रूप में रूटाइल TiO2 अधिकांशतः समाधान आधारित के माध्यम से प्रयोगशाला स्थितियों में गढ़ा जाता है। अकार्बनिक अग्रदूतों (सामान्यतः TiCl4) या ऑर्गेनोमेटैलिक अग्रदूतों (सामान्यतः अल्कोक्साइड्स जैसे टाइटेनियम आइसोप्रोपॉक्साइड, जिसे TTIP के रूप में भी जाना जाता है) का उपयोग करने वाले मार्ग होते है। संश्लेषण की स्थिति के आधार पर, क्रिस्टलीकरण करने वाला पहला चरण मेटास्टेबल एनाटेज चरण होता है, जिसे थर्मल उपचार के माध्यम से संतुलन रूटाइल चरण में परिवर्तित किया जाता है। रूटाइल के भौतिक गुणों को अधिकांशतः डोपेंट का उपयोग करके संशोधित किया जाता है जिससे कि बेहतर फोटो-जनित चार्ज वाहक पृथक्करण, परिवर्तित इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचनाओं और बेहतर सतह प्रतिक्रियाशीलता के माध्यम से बेहतर फोटोकैटलिटिक गतिविधि प्रदान की जाता है।

यह भी देखें

 * खनिजों की सूची