Rutil
| Rutil | |
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| Chemische Formel |
TiO2 |
| Mineralklasse | Oxide und Hydroxide 4.DB.05 (8. Auflage: IV/D.02) nach Strunz 04.04.01.01 nach Dana |
| Kristallsystem | tetragonal |
| Kristallklasse; Symbol nach Hermann-Mauguin | ditetragonal-dipyramidal 4/m2/m2/m[1] |
| Raumgruppe (Raumgruppen-Nr.) | P42/mnm (Raumgruppen-Nr. 136) |
| Farbe | Rötlichbraun bis kräftig Rot, auch gelb, bläulich oder violett |
| Strichfarbe | gelb bis braun |
| Mohshärte | 6 bis 6,5 (entspricht VHN 894 bis 974 (bei einer Prüfkraft von 100 g)[2] |
| Dichte (g/cm3) | gemessen: 4,23 ; berechnet: 4,25 |
| Glanz | Diamantglanz |
| Transparenz | durchsichtig bis undurchsichtig |
| Bruch | muschelig, uneben |
| Spaltbarkeit | vollkommen nach (110), gut nach (100) |
| Habitus | prismatische Kristalle, gestreckt und gestreift parallel [001] |
| Häufige Kristallflächen | {110}, {010} und viele andere |
| Zwillingsbildung | polysynthetische, lamellare und zyklische Drillinge und Vierlinge |
| Kristalloptik | |
| Brechungsindex | nω = 2,605 bis 2,613 ; nε = 2,899 - 2,901 [3] |
| Doppelbrechung (optischer Charakter) |
δ = 0,294 [3] ; einachsig positiv |
| Optischer Achsenwinkel | 2V = stark |
| Pleochroismus | sichtbar: ε = rot oder gelb, ω = braun oder grün |
| Weitere Eigenschaften | |
| Magnetismus | paramagnetisch, spezifische magnetische Suszeptibilität (Massensuszeptibilität) 7,7•10-7 emu/Oe•mg [4] |
| Besondere Kennzeichen | sehr hohe Lichtbrechung, vergleichbar der von Diamant |
Rutil ist ein häufig vorkommendes Mineral aus der Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“. Es kristallisiert im tetragonalen Kristallsystem mit der chemischen Zusammensetzung TiO2 und entwickelt meist kurz- bis langprismatische, vertikal gestreifte Kristalle und sehr häufig Kristallzwillinge in Form polysynthetischer, lamellarer und zyklischer Drillinge und Vierlinge, aber auch körnige bis massige Mineral-Aggregate.
Die meisten Rutilkristalle sind zwischen einigen Millimetern bis wenigen Zentimetern groß. Es konnten aber auch Kristalle von bis zu 25 cm Länge gefunden werden.[2]
Besondere Eigenschaften
Rutil kann in verschiedenen Farben auftreten, häufig findet es sich aber in rötlichbrauner bis kräftig roter und schwarzer Farbe. Als Inklusionen (Einschlüsse) in anderen Mineralen - wie beispielsweise in Quarz - glänzt Rutil auch in kräftig goldgelber Farbe und wird in dieser Form als Venushaar bezeichnet und gern zu Schmucksteinen verarbeitet. Selten dagegen treten bläuliche oder violette Farbtöne auf.
In feinnadeliger bis faseriger Form eingeschlossen, ist Rutil für den unter anderem bei Saphiren und Rubinen vorkommenden Asterismus (Lichtstern) verantwortlich. In mikroskopischen Einschlüssen kann er neben Hämatit und anderen Mineraleinschlüssen die vor allem bei Quarzen beobachteten "Phantomkristalle" betonen.
Rutil ist säureunlöslich und vor dem Lötrohr unschmelzbar. In Reinform ist er schwach paramagnetisch mit einer spezifischen magnetischen Suszeptibilität (Massensuszeptibilität) von 7,7•10−7 emu/Oe•mg, enthält er dagegen zusätzlich Eisen, wird er antiferromagnetisch[4].
Etymologie und Geschichte
Beschrieben wurde Rutil 1803 von Abraham Gottlob Werner, der das Mineral in Anlehnung an seine häufig vorkommende, rötliche Farbe nach dem lateinischen Wort rutilus für rot oder rötlich benannte.
Bis 1795, als seine chemische Zusammensetzung bekannt wurde, wurde Rutil fälschlicherweise für ein Mineral der Turmalingruppe gehalten.
Klassifikation
In der mittlerweile veralteten, aber noch gebräuchlichen 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Rutil zur Mineralklasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort zur Abteilung der „Oxide mit dem Stoffmengenverhältnis Metall : Sauerstoff = 1 : 2“, wo er als Namensgeber die „Rutilgruppe“ mit den weiteren Mitgliedern Argutit, Kassiterit, Paratellurit, Plattnerit, Pyrolusit und Tripuhyit bildete.
Die seit 2001 gültige und von der International Mineralogical Association (IMA) verwendete 9. Auflage der Strunz'schen Mineralsystematik ordnet den Rutil ebenfalls in die Klasse der „Oxide und Hydroxide“ und dort in die Abteilung der „Oxide mit dem Stoffmengenverhältnis Metall : Sauerstoff = 1 : 2 und vergleichbare“ ein. Diese Abteilung ist allerdings inzwischen weiter unterteilt nach der Größe der beteiligten Kationen und der Kristallstruktur, so dass das Mineral entsprechend seiner Zusammensetzung und seines Aufbaus in der Unterabteilung „Mit mittelgroßen Kationen: Ketten kantenverknüpfter Oktaeder“ zu finden ist, wo es zusammen mit Argutit, Kassiterit, Plattnerit, Pyrolusit, Tripuhyit, Tugarinovit und Varlamoffit die „Rutil-Gruppe“ mit der System-Nr. 4.DB.05 bildet.
Auch die Systematik der Minerale nach Dana ordnet den Rutil in die Klasse der „Oxide und Hydroxide“, dort allerdings zunächst in die Abteilung der „Oxide“ ein. Hier ist er zusammen mit Ilmenorutil, Struverit, Pyrolusit, Kassiterit, Plattnerit, Argutit, Squawcreekit und Stishovit in der „Rutilgruppe (Tetragonal: P4/mnm)“ mit der System-Nr. 04.04.01 innerhalb der Unterabteilung „Einfachen Oxide mit einer Kationenladung von 4+(AO2)“.
Modifikationen und Varietäten
Rutil ist die bedeutendste und einzige bei hohen Temperaturen stabile Modifikation des Titandioxids. Die beiden anderen sind Anatas und Brookit.
Sagenit wird eine Rutilvarietät genannt, die flache, netz- bis gitterartige Verwachsungen von nadelartigen feinen Rutilzwillingen aufweist.
Nigrin ist die Bezeichnung für einen eisenhaltigen, schwarzen Rutil.
Bildung und Fundorte
Rutil bildet sich als Hochtemperatur- und Hochdruckmineral sowohl magmatisch wie auch metamorph und ist als akzessorischer Bestandteil in vielen Gesteinen zu finden, so unter anderem auch in Flusssedimenten. Entsprechend ist Rutil mit vielen anderen Mineralen vergesellschaftet anzutreffen, wie neben den bereits erwähnten weiteren Modifikationen Anatas und Brookit unter anderem noch Adular, Albit, Apatit, Calcit, Chloriten, Ilmenit, Pyrophyllit, Titanit und Quarz. Mit Hämatit bildet Rutil zudem epitaxische Verwachsungen.
Weltweit konnte Rutil bisher (Stand: 2011) an rund 3800 Fundorten nachgewiesen werden.[3] Erwähnenswert aufgrund seiner außergewöhnlichen Mineralfunde sind unter anderem die „Graves Mountain Mine“ im US-amerikanischen Lincoln County (Georgia), in der bis zu 15 cm große Kristalle zutage traten. In der „Cavradi-Schlucht“ am Gotthardmassiv sowie in den brasilianischen Gemeinden Ibitiara (Bahia) und Itabira (Minas Gerais) traten besonders schöne Rutil-Hämatit-Epitaxien auf. Große knie- bzw. visierförmige Kristallzwillinge bis etwa 7 cm Größe fanden sich bei Golčův Jeníkov und Soběslav in Tschechien.
In Deutschland konnte Rutil vor allem in einigen Regionen des Schwarzwaldes (Baden-Württemberg), im Fichtelgebirge, Spessart, Bayerischen Wald und Oberpfälzer Wald (Bayern), Hessen, Niedersachsen, im nordrhein-westfälischen Siebengebirge, der Eifel (Rheinland-Pfalz), im Saarland, im sächsischen Erzgebirge, Schleswig-Holstein und Thüringen nachgewiesen werden.
In Österreich fand sich das Mineral im Burgenland, in vielen Regionen Kärntens, Salzburgs und der Steiermark, in einigen Regionen Niederösterreichs und Tirols sowie in Oberösterreich und in Vorarlberg.
In der Schweiz trat Rutil vor allem in den Kantonen Graubünden, Tessin und Wallis auf.
Weitere Fundorte sind Ägypten, Algerien, Angola, Antarktis, Argentinien, Armenien, Australien, Aserbaidschan, Äthiopien, Bangladesch, Belgien, Bolivien, Bulgarien, Burkina Faso, Burundi, Chile, China, Dominikanische Republik, Ecuador, Fidschi, Finnland, Frankreich, Französisch-Guayana, Französisch-Polynesien, Ghana, Griechenland, Grönland, Guatemala, Guyana, Haiti, Honduras, Indien, Indonesien, Iran, Irland, Israel, Italien, Japan, Kanada, Kasachstan, Kenia, den subantarktischen Kerguelen, Kirgisistan, Kolumbien, Demokratische Republik Kongo, Nord- und Südkorea, Kuba, Lesotho, Luxemburg, Madagaskar, Malawi, Malaysia, Malta, Marokko, Mazedonien, Mexiko, Mongolei, Mosambik, Myanmar, Namibia, Nepal, Neukaledonien, Neuseeland, Niederlande, Nigeria, Norwegen, Oman, Pakistan, Panama, Papua-Neuguinea,Paraguay, Peru, Philippinen, Polen, Portugal, Réunion, Rumänien, Russland, die Salomonen, Sambia, Saudi-Arabien, Schweden, Serbien, Simbabwe, Slowakei, Slowenien, Spanien, Sri Lanka, Südafrika, Sudan, Suriname, Taiwan, Tadschikistan, Tansania, Thailand, Tschad, Tschechien, Türkei, Uganda, Ukraine, Ungarn, Usbekistan, Venezuela, das Vereinigte Königreich (Großbritannien), die Vereinigten Staaten von Amerika (USA), die US-amerikanischen Jungferninseln sowie Vietnam.[5]
Auch in Gesteinsproben des Mittelatlantischen Rückens und des Südwestindischen Rückens und außerhalb der Erde auf dem Mond, genauer im Fra Mauro-Hochland konnte Rutil gefunden werden.
Im westafrikanischen Staat Sierra Leone befinden sich 23 % der weltweiten Produktionskapazitäten (Stand: 2007), die mit 259 Millionen Tonnen vermutlich auch die größten Reserven der Erde darstellen.[6]
Morphologie
Rutil bildet häufig prismatische Kristalle nach {110}, {010} und vielen anderen mit dicksäuligem bis feinnadeligem Habitus, deren Kristallflächen parallel [001] gestreckt und gestreift sind. Auch ditetragonale Prismen kommen vor.
Zwillingsbildungen sind bei Rutil allgemein anzutreffen, die sich nach zwei Gesetzen bilden können: Besonders häufig kommen Zwillinge, Drillinge und polysynthetische Viellinge in lamellarer oder zyklischer Form nach (101) vor, wobei die Individuen unter einem Winkel von 65°35' aneinanderstoßen. Charakteristisch sind dabei vor allem knie- bzw. visierförmige und V-förmige Zwillingebildungen. Seltener sind Zwillinge nach (301) in Herzform, deren Vertikalachsen sich unter 54°44' treffen. Beide Gesetze können auch gleichzeitig auftreten und dadurch ein gitter- oder netzförmige Aggregate bilden, die als Sagenit bezeichnet werden.
V-förmiger Rutil
zyklischer Polyzwilling
Sagenit
"Rutil-Alphabet"
Kristallstruktur
Rutil kristallisiert tetragonal in der Raumgruppe P42/mnm (Raumgruppen-Nr. 136) mit den Gitterparametern a = 4,59 Å und c = 2,96 Å sowie zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle.[7]
Die Rutil-Struktur ist ein häufig auftretender Strukturtyp für AB2-Verbindungen und beruht im Gegensatz zur Fluoritstruktur nicht auf einer dichtesten Kugelpackung. Die Oxid-Anionen sind zwar in der Art von verzerrten und gewellten "hexagonalen" Schichten angeordnet, wobei die Hälfte der dazwischen befindlichen Oktaederlücken durch die Titan-Kationen besetzt sind, aufgrund der tetragonalen Symmetrie bilden diese gewellten Schichten jedoch keine dichteste Kugelpackung aus. Die Kristallstruktur lässt sich daher besser als eine tetragonale Stabpackung aus Strängen kantenverknüpfter [TiO6]-Oktaeder (gemäß der Niggli-Schreibweise: [TiO4/2O2/1]) beschreiben, die parallel der kristallographischen c-Achse verlaufen. Die Stränge sind weiterhin über gemeinsame Ecken zu einem dreidimensionalen [TiO6/3]-Netzwerk verknüpft, woraus sich gekürzt die Summenformel TiO2 ergibt. Die oktaedrisch von Sauerstoffatomen umgebenen Titan-Kationen weisen damit die Koordinationszahl 6 auf, während die Oxid-Anionen von drei Titanatomen in einer leicht verzerrten trigonal planaren Anordnung umgeben sind (Koordinationszahl 3).
Eine Reihe weiterer anorganischer Verbindungen kristallisiert ebenfalls in der Rutil-Struktur, darunter die Oxide NbO2, TaO2, MnO2 und SnO2 sowie die Fluoride CrF2, MnF2, FeF2, CoF2, NiF2, CuF2 und ZnF2.
Verwendung
als Rohstoff
Rutil ist mit einem Metall-Gehalt von etwa 60 % nach Ilmenit das bedeutendste Titan-Mineral.
Titandioxid in der Rutil-Modifikation wird aufgrund der hohen Lichtbrechung als Weißpigment verwendet. Außerdem dient er allein oder in Verbindung mit Zellulose als Umhüllung von Elektroden für das Lichtbogenschweißen, die das Schweißen verbessert oder erst ermöglicht.
Aufgrund seiner Halbleitereigenschaften findet Rutil in der Farbstoffsolarzelle, der sogenannten Grätzel-Zelle Verwendung. Seine Bandlücke beträgt etwa 3,0 eV, es kann daher Licht mit einer Wellenlänge kleiner als etwa 400 nm absorbieren.
als Schmuckstein
Natürlicher Rutil wird nur gelegentlich von Sammlern zu Schmucksteinen verarbeitet, da er meist zu kleine Kristalle ausbildet. Synthetischer Rutil dagegen wird seit 1948 unter dem Handelsnamen „Titania“[8] oder „Diamonit“ (nicht zu verwechseln mit Diamondit!) als Diamantimitation verkauft, wobei er dessen Glanz durch sechsmal so hohe Dispersion (Feuer) sogar weit übertrifft.[9]
Gern zu Schmucksteinen verarbeitet werden auch in anderen Mineralen eingeschlossene Rutilnadeln, die neben dem goldenen Glanz auch für verschiedene optische Effekte wie beispielsweise Asterismus (Sternförmige Lichtreflexe) und Chatoyance (Katzenaugeneffekt) sorgen.
Siehe auch
Einzelnachweise
- ↑ Webmineral - Rutile (englisch)
- ↑ 2,0 2,1 Handbook of Mineralogy - Rutile (englisch, PDF 68,5 kB)
- ↑ 3,0 3,1 3,2 Mindat - Rutile (englisch)
- ↑ 4,0 4,1 Dissertation von Georg Talut: Ferromagnetismus in mit Fe implantierten GaN und TiO2 (Dresden, Dezember 2009)
- ↑ MinDat - Rutile (engl.)
- ↑ Sierra Rutile Limited (engl.)
- ↑ Hugo Strunz, Ernest H. Nickel: Strunz Mineralogical Tables. 9. Auflage. E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermiller), Stuttgart 2001, ISBN 3-510-65188-X, S. 206.
- ↑ Walter Schumann: Edelsteine und Schmucksteine. Alle Arten und Varietäten der Welt. 1600 Einzelstücke. 13. überarbeitete und erweiterte Auflage. BLV Verlags GmbH, München u. a. 2002, ISBN 3-405-16332-3, S. 220.
- ↑ Diemer Schmuck-Lexikon
Literatur
- Paul Ramdohr, Hugo Strunz: Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie. 16. Auflage. Ferdinand Enke Verlag, 1978, ISBN 3-432-82986-8, S. 529-531.
- Martin Okrusch, Siegfried Matthes: Mineralogie: Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. 7. Auflage. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 2005, ISBN 3-540-23812-3, S. 55-56.
- Kokscharow, 1853, u. a. In: V.M. Goldschmidt, Atlas der Krystallformen, 1913-1923.
- Erwin Riedel (Herausgeber), Christoph Janiak, Thomas Matthias Klapötke, Hans-Jürgen Meyer: Moderne Anorganische Chemie. 2. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin, New York, ISBN 3-11-017838-9
Weblinks
Commons: Rutile – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
- Mineralienatlas:Rutil (Wiki)