Wüstite
| Wüstite | |
|---|---|
 | |
| General | |
| Categoría | Mineral de óxido |
| Fórmula (unidad de repetición) | Fe O |
| Clasificación de Strunz | 4.AB.25 |
| Sistema de cristal | Cúbico |
| Clase de cristal | Hexoctaédrico (m 3 m) Símbolo H – M : (4 / m 3 2 / m) |
| Grupo espacial | Fm3m (núm. 225) |
| Identificación | |
| Color | Blanco grisáceo a amarillo o marrón; incoloro en sección delgada |
| Hábito de cristal | Piramidal, prismático |
| Escote | {001} perfecto |
| Fractura | Subconcoidal a rugoso |
| Escala de Mohs de dureza | 5–5,5 |
| Gravedad específica | 5.88 |
| Densidad | 5,7 g / cm 3 |
| Índice de refracción | 1.735–2.32 en cristales sintéticos |
| Pleocroísmo | Ninguno |
| Solubilidad | Soluble en HCl diluido |
| Otras características | Forma una solución sólida con periclasa. |
Wüstite ( Fe O ) es una forma mineral de óxido de hierro (II) que se encuentra con meteoritos y hierro nativo . Tiene un color gris con un tinte verdoso en la luz reflejada . La wüstita cristaliza en el sistema cristalino isométrico-hexoctaédrico en granos metálicos opacos a translúcidos. Tiene una dureza de Mohs de 5 a 5,5 y un peso específico de 5,88. Wüstite es un ejemplo típico de un compuesto no estequiométrico .
Wüstite recibió su nombre de Fritz Wüst (1860-1938), un metalúrgico alemán y director fundador del Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung (actualmente Instituto Max Planck para Iron Research GmbH ). [1]
Además de su localidad tipo en Alemania, se ha informado de la isla Disko , Groenlandia; el yacimiento de carbón de Jharia , Jharkhand , India; y como inclusiones en diamantes en varias pipas de kimberlita . También se informa de nódulos de manganeso de aguas profundas .
Su presencia indica un ambiente altamente reductor .
Tampón redox Wüstite
Wüstite, en geoquímica, define un amortiguador redox de oxidación dentro de las rocas en cuyo punto la roca se reduce tanto que el Fe 3+ , y por lo tanto la hematita , está ausente.
A medida que se reduce aún más el estado redox de una roca, la magnetita se convierte en wüstita. Esto ocurre por conversión de los iones Fe 3+ en magnetita en iones Fe 2+ . A continuación se presenta un ejemplo de reacción:
La fórmula de la magnetita se escribe con mayor precisión como FeO · Fe 2 O 3 que como Fe 3 O 4 . La magnetita es una parte de FeO y una parte de Fe 2 O 3 , en lugar de una solución sólida de wüstita y hematita. La magnetita se denomina tampón redox porque hasta que toda la magnetita Fe 3+ se convierte en Fe 2+, el conjunto mineral de óxido de hierro permanece wüstita-magnetita y, además, el estado redox de la roca permanece en el mismo nivel de fugacidad de oxígeno . Esto es similar al almacenamiento en búfer en H + / OH - sistema ácido-base de agua.
Una vez que se consume el Fe 3+ , se debe eliminar el oxígeno del sistema para reducirlo aún más y la wüstita se convierte en hierro nativo. El conjunto de óxido mineral de equilibrio de la roca se convierte en wüstita-magnetita-hierro.
En la naturaleza, los únicos sistemas naturales que están químicamente reducidos lo suficiente como para alcanzar incluso una composición de wüstita-magnetita son raros, incluidos los skarns ricos en carbonatos , meteoritos, fulguritas y rocas afectadas por rayos, y quizás el manto donde hay carbono reducido, ejemplificado por la presencia de diamante o grafito .
Efectos sobre los minerales de silicato
La proporción de Fe 2+ a Fe 3+ dentro de una roca determina, en parte, el conjunto de minerales de silicato de la roca. Dentro de una roca de una composición química determinada, el hierro ingresa a los minerales según la composición química a granel y las fases minerales que son estables a esa temperatura y presión. El hierro solo puede entrar en minerales como el piroxeno y el olivino si está presente como Fe 2+ ; Fe 3+ no puede entrar en la red de fayalita olivina y, por lo tanto, por cada dos iones Fe 3+ , se usa un Fe 2+ y se crea una molécula de magnetita.
En rocas químicamente reducidas, la magnetita puede estar ausente debido a la propensión del hierro a ingresar al olivino, y la wüstita solo puede estar presente si hay un exceso de hierro por encima del que puede usar la sílice. Por lo tanto, la wüstita solo se puede encontrar en composiciones insaturadas de sílice que también están muy reducidas químicamente, lo que satisface tanto la necesidad de eliminar todo el Fe 3+ como de mantener el hierro fuera de los minerales de silicato.
En la naturaleza, las rocas carbonatadas, potencialmente carbonatitas , kimberlitas , rocas melilíticas que contienen carbonatos y otras rocas alcalinas raras pueden satisfacer estos criterios. Sin embargo, la wüstita no se informa en la mayoría de estas rocas en la naturaleza, potencialmente porque el estado redox necesario para conducir la magnetita a la wüstita es muy raro.
Papel en la fijación de nitrógeno
Aproximadamente el 2-3% del presupuesto energético mundial se asigna al proceso Haber para la producción de amoníaco, que se basa en catalizadores derivados de la wüstita. El catalizador industrial se obtiene a partir de polvo de hierro finamente molido, que generalmente se obtiene por reducción de magnetita de alta pureza (Fe 3 O 4 ). El metal de hierro pulverizado se quema (oxida) para dar magnetita o wüstita de un tamaño de partícula definido. Las partículas de magnetita (o wüstita) se reducen parcialmente, eliminando parte del oxígeno.en el proceso. Las partículas de catalizador resultantes consisten en un núcleo de magnetita, encerrado en una capa de wüstita, que a su vez está rodeada por una capa exterior de hierro metálico. El catalizador mantiene la mayor parte de su volumen aparente durante la reducción, lo que da como resultado un material de gran área superficial altamente poroso, que mejora su eficacia como catalizador. [2] [3]
Uso histórico
Según Vagn Fabritius Buchwald, la wüstita fue un componente importante durante la Edad del Hierro para facilitar el proceso de soldadura por forja . En la antigüedad, cuando la herrería se realizaba con una forja de carbón , el pozo profundo de carbón en el que se colocaba el acero o el hierro proporcionaba un entorno altamente reductor, prácticamente libre de oxígeno, que producía una fina capa de wüstita sobre el metal. A la temperatura de soldadura, el hierro se vuelve altamente reactivo con el oxígeno, chispeará y formará gruesas capas de escoria.cuando se expone al aire, lo que hace que soldar el hierro o el acero sea casi imposible. Para resolver este problema, los herreros antiguos arrojaban pequeñas cantidades de arena sobre el metal al rojo vivo. La sílice de la arena reacciona con la wüstita para formar fayalita , que se funde justo por debajo de la temperatura de soldadura. Esto produjo un fundente eficaz que protegió al metal del oxígeno y ayudó a extraer óxidos e impurezas, dejando una superficie pura que se puede soldar fácilmente. Aunque los antiguos no tenían conocimiento de cómo funcionaba esto, la capacidad de soldar hierro contribuyó al movimiento de la Edad del Bronce a la moderna. [4]
Minerales relacionados
Wüstite forma una solución sólida con periclasa ( Mg O) y el hierro sustituye al magnesio. La periclasa, cuando se hidrata, forma brucita (Mg (O H ) 2 ), un producto común de las reacciones metamórficas de la serpentinita .
La oxidación e hidratación de la wüstita forma goethita y limonita .
El zinc, el aluminio y otros metales pueden sustituir al hierro en la wüstita.
La wüstita en los skarns de dolomita puede estar relacionada con la siderita (carbonato de hierro (II)), la wollastonita , la enstatita , el diópsido y la magnesita .
Ver también
- Mineralogía normativa
- Skarn
Referencias
- ^ Schenck, Rudolf; Dingmann, Thomas (1927). "Gleichgewichtsuntersuchungen über die Reduktions-, Oxydations- und Kohlungsvorgänge beim Eisen III" [Estudios estequiométricos sobre los procesos de reducción, oxidación y carbonatación en el hierro III]. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie . 166 : 113-154. doi : 10.1002 / zaac.19271660111 .
- ^ Jozwiak, WK; Kaczmarek, E .; et al. (2007). "Comportamiento de reducción de óxidos de hierro en atmósferas de hidrógeno y monóxido de carbono". Catálisis aplicada A: General . 326 : 17-27. doi : 10.1016 / j.apcata.2007.03.021 .
- ↑ Appl, Max (2006). "Amoníaco". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi : 10.1002 / 14356007.a02_143.pub2 .
- ^ Buchwald, Vagn Fabritius (2005). Hierro y acero en la antigüedad . Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab. pag. sesenta y cinco.
- Pub de datos minerales. Archivo PDF Consultado el 3/5/2006
- Euromin Accedido el 3/5/2006
- Wüstite en Mindat.org Consultado el 5 de marzo de 2006
- Webmineral data Accedido el 3/5/2006
- Minerales cúbicos
- Minerales de hierro (II)
- Minerales en el grupo espacial 225
- Compuestos no estequiométricos
- Minerales de óxido
