रूटाइल: Difference between revisions
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रूटाइल में किसी भी ज्ञात क्रिस्टल के [[दृश्य तरंग दैर्ध्य]] पर उच्चतम [[अपवर्तक सूचकांक|अपवर्तक सूचकांकों]] में से एक है और यह विशेष रूप से बड़े [[birefringence|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 में किसी भी ज्ञात क्रिस्टल के [[दृश्य तरंग दैर्ध्य]] पर उच्चतम [[अपवर्तक सूचकांक|अपवर्तक सूचकांकों]] में से एक है और यह विशेष रूप से बड़े [[birefringence|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 {{wikt-lang|la|rutilus}} ('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,<ref>{{Cite book |last=Calvo |first=Miguel |title=Minerales y Minas de España. Vol. IV. Óxidos e hidróxidos |publisher=Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas de Madrid. Fundación Gómez Pardo |year=2009 |location=Madrid, Spain |pages=237 |language=es}}</ref> जो फलस्वरूप प्रकार का | रूटाइल का नाम लैटिन {{wikt-lang|la|rutilus}} ('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,<ref>{{Cite book |last=Calvo |first=Miguel |title=Minerales y Minas de España. Vol. IV. Óxidos e hidróxidos |publisher=Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas de Madrid. Fundación Gómez Pardo |year=2009 |location=Madrid, Spain |pages=237 |language=es}}</ref> जो फलस्वरूप इस प्रकार का अवस्थिति है। | ||
== घटना == | == घटना == | ||
[[Image:2005rutile.PNG|thumb|left|2005 में रूटाइल आउटपुट]]रूटाइल उच्च तापमान और उच्च दबाव मेटामॉर्फिक चट्टानों और [[आग्नेय चट्टान|आग्नेय चट्टानों]] में एक सामान्य सहायक खनिज होता है। | [[Image:2005rutile.PNG|thumb|left|2005 में रूटाइल आउटपुट|281x281px]]रूटाइल उच्च तापमान और उच्च दबाव मेटामॉर्फिक चट्टानों और [[आग्नेय चट्टान|आग्नेय चट्टानों]] में एक सामान्य सहायक खनिज होता है। | ||
[[thermodynamic|ऊष्मप्रवैगिक]] रूप से, रूटाइल सभी तापमानों पर TiO<sub>2</sub> का सबसे स्थिर बहुरूप है, एनाटेज या ब्रुकाइट के [[मेटास्टेबल]] चरणों की तुलना में कम कुल मुक्त ऊर्जा प्रदर्शित करता है।<ref> | [[thermodynamic|ऊष्मप्रवैगिक]] रूप से, रूटाइल सभी तापमानों पर TiO<sub>2</sub> का सबसे स्थिर बहुरूप है, एनाटेज या ब्रुकाइट के [[मेटास्टेबल]] चरणों की तुलना में कम कुल मुक्त ऊर्जा प्रदर्शित करता है।<ref> | ||
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}}</ref> परिणाम स्वरुप, मेटास्टेबल TiO<sub>2</sub> पॉलीमॉर्फ्स का रूटाइल में परिवर्तन अपरिवर्तनीय होता है। चूंकि इसमें तीन मुख्य बहुरूपियों की सबसे कम [[वैन डेर वाल्स सतह|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। | }}</ref> परिणाम स्वरुप, मेटास्टेबल TiO<sub>2</sub> पॉलीमॉर्फ्स का रूटाइल में परिवर्तन अपरिवर्तनीय होता है। चूंकि इसमें तीन मुख्य बहुरूपियों की सबसे कम [[वैन डेर वाल्स सतह|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। | ||
[[File:Quartz-159832.jpg|thumb|left|[[रूटिलेटेड क्वार्ट्ज]]]]आग्नेय वातावरण के भीतर, प्लूटोनिक आग्नेय चट्टानों में रूटाइल एक सामान्य सहायक खनिज होता है, चूंकि यह कभी-कभी बहिर्भेदी [[घुसपैठ करने वाली चट्टान|आग्नेय चट्टानों]] में भी पाया जाता है, विशेष रूप से [[किंबरलाईट|किम्बरलाइट्स]] और [[तुम चमको|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। | [[File:Quartz-159832.jpg|thumb|left|[[रूटिलेटेड क्वार्ट्ज]]|281x281px]]आग्नेय वातावरण के भीतर, प्लूटोनिक आग्नेय चट्टानों में रूटाइल एक सामान्य सहायक खनिज होता है, चूंकि यह कभी-कभी बहिर्भेदी [[घुसपैठ करने वाली चट्टान|आग्नेय चट्टानों]] में भी पाया जाता है, विशेष रूप से [[किंबरलाईट|किम्बरलाइट्स]] और [[तुम चमको|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 [[पेगमाटाइट|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। | बड़े नमूना [[क्रिस्टल]] की घटना [[पेगमाटाइट|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 == | == क्रिस्टल की संरचना == | ||
[[Image:Rutile-unit-cell-3D-balls.png|thumb|left|क्रिस्टल संरचना # रूटाइल की यूनिट सेल। ती परमाणु धूसर होते है; ओ परमाणु लाल है।]] | [[Image:Rutile-unit-cell-3D-balls.png|thumb|left|क्रिस्टल संरचना # रूटाइल की यूनिट सेल। ती परमाणु धूसर होते है; ओ परमाणु लाल है।|282x282px]] | ||
[[File:Rutile crystal structure.png|alt=A ballरूटाइल क्रिस्टल का -और-स्टिक रासायनिक मॉडल| | [[File:Rutile crystal structure.png|alt=A ballरूटाइल क्रिस्टल का -और-स्टिक रासायनिक मॉडल|left|रूटाइल की विस्तारित क्रिस्टल संरचना|303x303px]]रूटाइल में एक [[टेट्रागोनल क्रिस्टल सिस्टम|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।<ref name=":0">{{cite journal |url=http://www.surface.tulane.edu/pdf/SurfSciRep.pdf |first=Ulrike |last=Diebold |title=The surface science of titanium dioxide |journal=[[Surface Science Reports]] |volume=48 |issue=5–8 |year=2003 |pages=53–229 |doi=10.1016/S0167-5729(02)00100-0 |bibcode=2003SurSR..48...53D |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20100612153219/http://www.surface.tulane.edu/pdf/SurfSciRep.pdf |archive-date=2010-06-12 }}</ref> 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।<ref name=":1">[http://www.uwgb.edu/dutchs/Petrology/Rutile%20Structure.HTM "Rutile Structure"], Steven Dutch, Natural and Applied Sciences, University of Wisconsin – Green Bay.</ref> घटती परिस्थितियों में बनने पर, Ti<sup>3+</sup> केंद्रों के साथ मिलकर ऑक्सीजन की रिक्तियां होती है।<ref name="palfey2021">{{cite journal | last1 = Palfey | first1 = W.R. | last2 = Rossman | first2 = G.R. | last3 = Goddard | first3 = W.A. III | title = Structure, Energetics, and Spectra for the Oxygen Vacancy in Rutile: Prominence of the Ti–H<sub>O</sub>–Ti Bond | date = 2021 | journal = The Journal of Physical Chemistry | volume = 12 | issue = 41 | pages = 10175–10181 | doi = 10.1021/acs.jpclett.1c02850| pmid = 34644100 | s2cid = 238860345 }}</ref> 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 [[हीड्राकसीड|हाइड्रॉक्साइड]] समूह बनता है।<ref name="palfey2021" /> | |||
रूटाइल क्रिस्टल सामान्यतः अपने सी अक्ष, [001] [[मिलर सूचकांक|दिशा]] के साथ तरजीही अभिविन्यास के साथ एक प्रिज्मेटिक या एकिकुलर [[क्रिस्टल की आदत|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।<ref>{{cite journal | journal=Journal of Crystal Growth| volume=359|pages= 83–91|year=2012|title=Abnormal grain growth of rutile TiO<sub>2</sub> induced by ZrSiO<sub>4</sub>|doi=10.1016/j.jcrysgro.2012.08.015|arxiv=1303.2761|bibcode=2012JCrGr.359...83H| last1=Hanaor| first1=Dorian A.H.| last2=Xu| first2=Wanqiang| last3=Ferry| first3=Michael| last4=Sorrell| first4=Charles C.| last5=Sorrell| first5=Charles C.| s2cid=94096447}}</ref> इस चरण के [[नैनोरोड्स]], [[nanowires|नैनोवायर्स]] और असामान्य अनाज विकास घटनाओं में रूटाइल की सी-अक्ष उन्मुख वृद्धि स्पष्ट रूप से दिखाई देती है। | |||
== आवेदन == | == आवेदन == | ||
[[File:Rutile needles.jpg|thumb|क्वार्ट्ज़ क्रिस्टल से निकलने वाले रूटाइल के ऐक्युलर क्रिस्टल]]समुद्र तट की रेत में बड़ी मात्रा में रूटाइल [[भारी खनिज|भारी खनिजों]] और अयस्क जमा का एक महत्वपूर्ण घटक 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 विज्ञान|टाइटेनियम धातु]] के उत्पादन के लिए है। | [[File:Rutile needles.jpg|thumb|क्वार्ट्ज़ क्रिस्टल से निकलने वाले रूटाइल के ऐक्युलर क्रिस्टल|269x269px]]समुद्र तट की रेत में बड़ी मात्रा में रूटाइल [[भारी खनिज|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 विज्ञान|टाइटेनियम धातु]] के उत्पादन के लिए होता है। | ||
बारीक पीसा हुआ रूटाइल | बारीक पीसा हुआ रूटाइल उत्कृष्ट 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 | रत्नों में उपस्तिथ छोटी रूटाइल सुइयाँ [[ऑप्टिकल घटना]] के लिए जिम्मेदार होती है जिसे एस्टेरिज्म के रूप में जाना जाता है। [[तारांकन (जेमोलॉजी)|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 [[आवरित धातु की आर्क वेल्डिंग|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। | रूटाइल व्यापक रूप से एक [[आवरित धातु की आर्क वेल्डिंग|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]] === | === [[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 | 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।<ref> [https://arxiv.org/abs/1304.1854 Magnetism in titanium dioxide polymorphs] J. Applied Physics </ref> अनुसंधान के प्रयास सामान्यतः खनिज-जमा व्युत्पन्न सामग्री के अतिरिक्त छोटी मात्रा में सिंथेटिक रूटाइल का उपयोग करते है। | ||
== सिंथेटिक रूटाइल == | == 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 [[पारदर्शिता (प्रकाशिकी)|पारदर्शी]] और लगभग रंगहीन होता है, बड़े टुकड़ों में थोड़ा पीला होता है। डोपिंग द्वारा विभिन्न प्रकार के रंगों में सिंथेटिक रूटाइल बनाया जा सकता है। उच्च अपवर्तक सूचकांक एक कठोर [[चमक (खनिज विज्ञान)|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 [[कठोरता|कठोर]] (खरोंच-प्रतिरोधी) नहीं है, मोह कठोरता पैमाने पर केवल 6 के बारे में मापता है। | 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 [[पारदर्शिता (प्रकाशिकी)|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 (खनिज विज्ञान)|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 [[कठोरता|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 TiO<sub>2</sub> अधिकांशतः समाधान आधारित के माध्यम से प्रयोगशाला स्थितियों में गढ़ा जाता है। अकार्बनिक अग्रदूतों (सामान्यतः TiCl<sub>4</sub>) या ऑर्गेनोमेटैलिक अग्रदूतों (सामान्यतः अल्कोक्साइड्स जैसे [[टाइटेनियम आइसोप्रोपॉक्साइड]], जिसे TTIP के रूप में भी जाना जाता है) का उपयोग करने वाले | 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 TiO<sub>2</sub> अधिकांशतः समाधान आधारित के माध्यम से प्रयोगशाला स्थितियों में गढ़ा जाता है। अकार्बनिक अग्रदूतों (सामान्यतः TiCl<sub>4</sub>) 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। | ||
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Latest revision as of 17:27, 15 February 2023
| Rutile | |
|---|---|
 | |
| सामान्य | |
| श्रेणी | Oxide minerals |
| Formula (repeating unit) | TiO2 |
| आईएमए प्रतीक | Rt[1] |
| स्ट्रुन्ज़ वर्गीकरण | 4.DB.05 |
| क्रिस्टल सिस्टम | Tetragonal |
| क्रिस्टल क्लास | Ditetragonal dipyramidal (4/mmm) H-M symbol: (4/m 2/m 2/m) |
| अंतरिक्ष समूह | P42/mnm |
| यूनिट सेल | a = 4.5937 Å, c = 2.9587 Å; Z = 2 |
| Identification | |
| Color | Brown, reddish brown, blood red, red, brownish yellow, pale yellow, yellow, pale blue, violet, rarely grass-green, grayish black; black if high in Nb–Ta |
| क्रिस्टल की आदत | Acicular to Prismatic crystals, elongated and striated parallel to [001] |
| ट्विनिंग | Common on {011}, or {031}; as contact twins with two, six, or eight individuals, cyclic, polysynthetic |
| क्लीवेज | {110} good, {100} moderate, parting on {092} and {011} |
| फ्रैक्चर | Uneven to sub-conchoidal |
| Mohs scale hardness | 6.0–6.5 |
| Luster | Adamantine to metallic |
| स्ट्रीक | Bright red to dark red |
| डायफेनिटी | Opaque, transparent in thin fragments |
| विशिष्ट गुरुत्व | 4.23 increasing with Nb–Ta content |
| ऑप्टिकल गुण | Uniaxial (+) |
| अपवर्तक सूचकांक | nω = 2.613, nε = 2.909 (589 nm) |
| बिरफ्रेंसेंस | 0.296 (589 nm) |
| प्लोक्रोइज्म | Weak to distinct brownish red-green-yellow |
| डिस्पर्सन | Strong |
| भव्यता | Fusible in alkali carbonates |
| घुलनशीलता | Insoluble in acids |
| सामान्य अशुद्धियाँ | Fe, Nb, Ta |
| अन्य विशेषताएँ | Strongly anisotropic |
| संदर्भ | [2][3][4][5] |
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 rutilus ('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,[6] जो फलस्वरूप इस प्रकार का अवस्थिति है।
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।[7] 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।[8] 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।[9] घटती परिस्थितियों में बनने पर, Ti3+ केंद्रों के साथ मिलकर ऑक्सीजन की रिक्तियां होती है।[10] 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।[10]
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।[11] 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 उत्कृष्ट 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।[12] 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
संदर्भ
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- ↑ Handbook of Mineralogy.
- ↑ Webmineral data.
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- ↑ Klein, Cornelis and Cornelius S. Hurlbut, 1985, Manual of Mineralogy, 20th ed., John Wiley and Sons, New York, pp. 304–05, ISBN 0-471-80580-7.
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- ↑ "Rutile Structure", Steven Dutch, Natural and Applied Sciences, University of Wisconsin – Green Bay.
- ↑ 10.0 10.1 Palfey, W.R.; Rossman, G.R.; Goddard, W.A. III (2021). "Structure, Energetics, and Spectra for the Oxygen Vacancy in Rutile: Prominence of the Ti–HO–Ti Bond". The Journal of Physical Chemistry. 12 (41): 10175–10181. doi:10.1021/acs.jpclett.1c02850. PMID 34644100. S2CID 238860345.
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- ↑ Magnetism in titanium dioxide polymorphs J. Applied Physics
बाहरी संबंध
- . Encyclopedia Americana. 1920.
