El rutilo es un mineral de óxido compuesto de dióxido de titanio (TiO 2 ), la forma natural más común de TiO 2 . Se conocen polimorfos más raros de TiO 2 , incluidos anatasa , akaogiita y brookita .
El rutilo tiene uno de los índices de refracción más altos en longitudes de onda visibles de cualquier cristal conocido y también exhibe una birrefringencia particularmente grande y una alta dispersión . Debido a estas propiedades, es útil para la fabricación de ciertos elementos ópticos, especialmente ópticas 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 importantes de niobio y tantalio .
Rutilo deriva su nombre del latín rutilus ('rojo'), en referencia al color rojo intenso que se observa en algunos ejemplares cuando se observan con luz transmitida. El rutilo fue descrito por primera vez en 1803 por Abraham Gottlob Werner a partir de ejemplares obtenidos en Horcajuelo de la Sierra, Madrid (España), [6] que es, en consecuencia, la localidad tipo.
El rutilo es un mineral accesorio común en rocas metamórficas de alta temperatura y presión y en rocas ígneas .
Termodinámicamente , el rutilo es el polimorfo más estable de TiO 2 a todas las temperaturas, exhibiendo una energía libre total más baja que las fases metaestables de anatasa o brookita. [7] En consecuencia, la transformación de los polimorfos metaestables de TiO 2 en rutilo es irreversible. Como tiene el volumen molecular más bajo 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 .
Dentro del ambiente ígneo, el rutilo es un mineral accesorio común en rocas ígneas plutónicas , aunque también se encuentra ocasionalmente en rocas ígneas extrusivas , particularmente aquellas como kimberlitas y lamproitas que tienen fuentes de manto profundo. La anatasa y la brookita se encuentran en el ambiente ígneo, particularmente como productos de alteración autógena durante el enfriamiento de rocas plutónicas; La anatasa también se encuentra en depósitos de placer procedentes del rutilo primario.
La aparición de grandes cristales espécimen es más común en pegmatitas , skarns y granito greisens . El rutilo se encuentra como mineral accesorio en algunas rocas ígneas alteradas y en ciertos gneises y esquistos . En grupos de cristales aciculares se ve frecuentemente penetrando 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 anual mundial de rutilo, que aumentó a aproximadamente el 30% en 2008.
El rutilo tiene una celda unitaria tetragonal , con parámetros de celda unitaria a = b = 4,584 Å y c = 2,953 Å. [8] Los cationes de titanio tienen un número de coordinación de 6, lo que significa que están rodeados por un octaedro de 6 átomos de oxígeno. Los aniones de oxígeno tienen un número de coordinación de 3, lo que da como resultado una coordinación plana trigonal. El rutilo también muestra un eje de tornillo cuando sus octaedros se ven secuencialmente. [9] Cuando se forma en condiciones reductoras, pueden ocurrir vacantes de oxígeno, acopladas a centros de Ti 3+ . [10] El hidrógeno puede entrar en estos espacios, existiendo como un ocupante individual vacante (emparejándose como un ion hidrógeno) o creando un grupo hidróxido con un oxígeno adyacente. [10]
Se observa con mayor frecuencia que los cristales de rutilo exhiben un hábito de crecimiento prismático o acicular con orientación preferencial a lo largo de su eje c , la dirección [001] . Este hábito de crecimiento se ve favorecido porque las facetas {110} del rutilo exhiben la energía libre superficial más baja y, por lo tanto, son termodinámicamente más estables. [8] El crecimiento del rutilo orientado al eje c aparece claramente en nanobarras , nanocables y fenómenos de crecimiento anormal de granos de esta fase.
En cantidades suficientemente grandes en las arenas de las playas, el rutilo forma un componente importante de minerales pesados y depósitos de minerales . Los mineros extraen y separan los minerales valiosos, por ejemplo, rutilo, circón e ilmenita . Los principales usos del rutilo son la fabricación de cerámica refractaria , como pigmento y para la producción de titanio metálico .
El rutilo finamente pulverizado es un pigmento blanco brillante y se utiliza en pinturas , plásticos , papel , alimentos y otras aplicaciones que requieren un color blanco brillante. El pigmento de dióxido de titanio es el mayor uso del titanio en todo el mundo. Las partículas de rutilo a nanoescala son transparentes a la luz visible pero son muy eficaces en la absorción de la radiación ultravioleta ( protector solar ). La absorción de rayos UV de las partículas de rutilo de tamaño nanométrico se desplaza hacia el azul en comparación con el rutilo en masa, de modo que las nanopartículas absorben la luz UV de mayor energía. Por lo tanto, se utilizan en protectores solares para proteger contra el daño cutáneo inducido por los rayos UV.
Las pequeñas agujas de rutilo presentes en las gemas son responsables de un fenómeno óptico conocido como asterismo . Las gemas asteriadas se conocen como gemas "estrella". Los zafiros estrella , los rubíes estrella y otras gemas estrella son muy buscados y generalmente son más valiosos que sus contrapartes normales.
El rutilo se utiliza ampliamente como revestimiento de electrodos de soldadura . También se utiliza como parte del índice ZTR , que clasifica los sedimentos altamente meteorizados.
El rutilo, como semiconductor de banda prohibida grande , ha sido objeto de importantes investigaciones en las últimas décadas hacia aplicaciones como óxido funcional para aplicaciones en fotocatálisis y magnetismo diluido . [11] Los esfuerzos de investigación suelen utilizar pequeñas cantidades de rutilo sintético en lugar de materiales derivados de depósitos minerales.
El rutilo sintético se produjo por primera vez en 1948 y se vende con diversos nombres. Puede producirse a partir de ilmenita , mineral de titanio , mediante el proceso Becher . El rutilo sintético muy puro es transparente y casi incoloro, siendo ligeramente amarillo, en trozos grandes. El rutilo sintético se puede fabricar en una variedad de colores mediante dopaje. El alto índice de refracción proporciona un brillo adamantino y una fuerte refracción que da lugar a una apariencia similar a la del diamante . El sustituto del diamante casi incoloro se vende como "Titania", que es el nombre químico antiguo de este óxido. Sin embargo, el rutilo rara vez se utiliza en joyería porque no es muy duro (resistente a los arañazos), y mide sólo alrededor de 6 en la escala de dureza de Mohs .
Como resultado del creciente interés de la investigación en la actividad fotocatalítica del dióxido de titanio, tanto en la fase anatasa como en la fase rutilo (así como en mezclas bifásicas de las dos fases), el TiO 2 rutilo en forma de polvo y película delgada se fabrica frecuentemente en condiciones de laboratorio a través de una solución. rutas basadas que utilizan precursores inorgánicos (típicamente TiCl 4 ) o precursores 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 de anatasa metaestable , que luego puede convertirse en la fase de rutilo de equilibrio mediante tratamiento térmico. Las propiedades físicas del rutilo a menudo se modifican utilizando dopantes para impartir una actividad fotocatalítica mejorada a través de una mejor separación de portadores de carga fotogenerados, estructuras de bandas electrónicas alteradas y una reactividad superficial mejorada.
