Rutilo

El rutilo es un mineral de óxido compuesto de dióxido de titanio (TiO₂ ₎ y es la forma natural más común de TiO₂ _. Se conocen polimorfos más raros de TiO₂ _{, incluidos} la anatasa , la akaogiita y la brookita .

El rutilo posee uno de los índices de refracción más altos en longitudes de onda visibles de cualquier cristal conocido, además de una birrefringencia y dispersión particularmente elevadas . Gracias a estas propiedades, resulta útil para la fabricación de ciertos elementos ópticos, especialmente óptica de polarización , para longitudes de onda visibles e infrarrojas más largas , de hasta aproximadamente 4,5 micrómetros. El rutilo natural puede contener hasta un 10 % de hierro y cantidades significativas de niobio y tantalio .

El rutilo deriva su nombre del latín rutilus ('rojo'), en referencia al color rojo intenso observado en algunos ejemplares cuando se observan con luz transmitida. El rutilo fue descrito por primera vez en 1803 por Abraham Gottlob Werner utilizando ejemplares obtenidos en Horcajuelo de la Sierra, Madrid (España), ^{[ 6 ]} que es, por consiguiente, la localidad tipo .

El rutilo es un mineral accesorio común en rocas metamórficas de alta temperatura y alta presión, así como en rocas ígneas .

Termodinámicamente , el rutilo es el polimorfo más estable del TiO₂ _a todas las temperaturas, exhibiendo una energía libre total menor que las fases metaestables de anatasa o brookita. ^{[ 7 ]} En consecuencia, la transformación de los polimorfos metaestables de TiO₂ _a rutilo es irreversible. Como tiene el menor volumen molecular de los tres polimorfos principales, generalmente es la fase primaria portadora de titanio en la mayoría de las rocas metamórficas de alta presión, principalmente eclogitas .

En el ambiente ígneo, el rutilo es un mineral accesorio común en las rocas ígneas plutónicas . Sin embargo, también se encuentra ocasionalmente en rocas ígneas extrusivas , particularmente en aquellas como las kimberlitas y las lamproitas , que tienen su origen en el manto profundo. La anatasa y la brookita se encuentran en el ambiente ígneo, especialmente como productos de la alteración autógena durante el enfriamiento de las rocas plutónicas; la anatasa también se encuentra en depósitos aluviales derivados del rutilo primario.

La presencia de cristales de gran tamaño es más común en pegmatitas , skarns y greisens graníticos . El rutilo se encuentra como mineral accesorio en algunas rocas ígneas alteradas , así como en ciertos gneises y esquistos . En grupos de cristales aciculares , se observa frecuentemente penetrando el cuarzo, como en las fléches d'amour de Graubünden , Suiza . En 2005, la República de Sierra Leona, en África Occidental, tenía una capacidad de producción del 23 % del suministro mundial anual de rutilo, cifra que aumentó a aproximadamente el 30 % en 2008.

La estructura del rutilo es tan clásica que se discute en los libros de texto como un motivo de referencia, al igual que el cloruro de sodio y el arseniuro de níquel . ^{[ 8 ]} La estructura es adoptada no solo por TiO ₂ , sino también por GeO ₂ , RuO ₂ , SnO ₂ , MnO ₂ , VO ₂ , IrO ₂ , y CrO ₂ . ^{[ 9 ]} ZrO ₂ y HfO ₂ adoptan otro motivo estructural clásico, la estructura de fluorita .

En el motivo rutilo, los cationes metálicos tienen un número de coordinación de 6, lo que significa que están rodeados por una red octaédrica de 6 átomos de oxígeno. Los aniones de oxígeno tienen un número de coordinación de 3, en una coordinación trigonal plana. El rutilo también muestra un eje helicoidal cuando sus octaedros se observan secuencialmente. ^{[ 10 ]} Cuando se forma en condiciones reductoras, pueden aparecer vacantes de oxígeno, acopladas a centros Ti ^{3+ . [ 11 ]} El hidrógeno puede entrar en estos huecos, existiendo como un ocupante individual de vacante (apareándose como un ion hidrógeno) o creando un grupo hidróxido con un oxígeno adyacente. ^{[ 11 ]}

Los cristales de rutilo suelen presentar un crecimiento prismático o acicular con orientación preferencial a lo largo de su eje c , la dirección [001] . Este crecimiento se ve favorecido porque las facetas {110} del rutilo presentan la menor energía libre superficial y, por lo tanto, son termodinámicamente más estables. ^{[ 12 ]} El crecimiento del rutilo orientado a lo largo del eje c se observa claramente en nanobarras , nanocables y fenómenos de crecimiento de grano anómalo de esta fase.

En cantidades suficientes en las arenas de las playas, el rutilo constituye un componente importante de los minerales pesados ​​y los yacimientos minerales . Los mineros extraen y separan los minerales valiosos  ,  como el rutilo, el circón y la ilmenita . Los principales usos del rutilo son la fabricación de cerámica refractaria , su uso como pigmento y la producción de titanio metálico .

Finely powdered rutile is a brilliant white pigment and is used in paints, plastics, paper, foods, and other applications that call for a bright white color. Titanium dioxide pigment is the single greatest use of titanium worldwide. Nanoscale particles of rutile are transparent to visible light but are highly effective in the absorption of ultraviolet radiation (sunscreen). The UV absorption of nano-sized rutile particles is blue-shifted compared to bulk rutile, so that the nanoparticles absorb higher-energy UV light. Hence, they are used in sunscreens to protect against UV-induced skin damage.

Small rutile needles present in gems are responsible for an optical phenomenon known as asterism. Asteriated gems are known as "star" gems. Star sapphires, star rubies, and other star gems are highly sought after and are generally more valuable than their normal counterparts.

Rutile is widely used as a welding electrode covering. It is also used as a part of the ZTR index, which classifies highly weathered sediments.

Synthetic rutile was first produced in 1948 and is sold under various names. It can be produced from the titanium ore ilmenite through the Becher process. Very pure synthetic rutile is transparent and almost colorless, being slightly yellow in large pieces. Synthetic rutile can be made in a variety of colors by doping. The high refractive index gives an adamantineluster and strong refraction that leads to a diamond-like appearance. The near-colorless diamond substitute is sold as "Titania", which is the old-fashioned chemical name for this oxide. However, rutile is seldom used in jewellery because it is not very hard (scratch-resistant), with a hardness of only about 6 on the Mohs hardness scale.

Como resultado del creciente interés en la investigación de la actividad fotocatalítica del dióxido de titanio, tanto en fase anatasa como rutilo (así como en mezclas bifásicas de ambas fases), el TiO₂ rutilo _en forma de polvo y película delgada se fabrica frecuentemente en condiciones de laboratorio mediante rutas basadas en soluciones, utilizando precursores inorgánicos (típicamente _TiCl₄ ) u organometálicos (típicamente alcóxidos como el isopropóxido de titanio , también conocido como TTIP). Dependiendo de las condiciones de síntesis, la primera fase en cristalizar puede ser la fase anatasa metaestable , que luego puede convertirse a la fase rutilo de equilibrio mediante tratamiento térmico. Las propiedades físicas del rutilo se modifican a menudo mediante el uso de dopantes para mejorar la actividad fotocatalítica, optimizando la separación de portadores de carga fotogenerados, alterando las estructuras de bandas electrónicas y mejorando la reactividad superficial.

• Lista de minerales

• "Rutilo"  . Enciclopedia Americana . 1920.