Wüstite - Wüstite

Wüstite
Em geral
Categoria	Mineral óxido
Fórmula (unidade de repetição)	Fe O
Classificação de Strunz	4.AB.25
Sistema de cristal	Cúbico
Classe de cristal	Hexoctaédrico (m 3 m) Símbolo H – M : (4 / m 3 2 / m)
Grupo espacial	Fm3m (no. 225)
Identificação
Cor	Branco acinzentado a amarelo ou marrom; incolor em seção fina
Hábito de cristal	Pirâmide, prismático
Decote	{001} perfeito
Fratura	Subconcoidal a áspero
Dureza da escala de Mohs	5-5,5
Gravidade Específica	5,88
Densidade	5,7 g / cm 3
Índice de refração	1,735-2,32 em cristais sintéticos
Pleocroísmo	Nenhum
Solubilidade	Solúvel em HCl diluído
Outras características	Forma solução sólida com periclase

Wüstite ( Fe O ) é uma forma mineral de óxido de ferro (II) encontrada com meteoritos e ferro nativo . Tem uma cor cinza com uma tonalidade esverdeada na luz refletida . Wüstite cristaliza no sistema de cristal isométrico-hexoctaédrico em grãos metálicos opacos a translúcidos. Tem uma dureza de Mohs de 5 a 5,5 e uma gravidade específica de 5,88. Wüstite é um exemplo típico de composto não estequiométrico .

Wüstite foi nomeado em homenagem a Fritz Wüst (1860–1938), um metalúrgico alemão e diretor fundador do Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung (atualmente Instituto Max Planck para Pesquisa de Ferro GmbH ).

Além de sua localidade-tipo na Alemanha, foi relatado na Ilha de Disko , Groenlândia; a jazida de carvão de Jharia , Jharkhand , Índia; e como inclusões em diamantes em vários tubos de kimberlito . Também é relatado em nódulos de manganês do fundo do mar .

Sua presença indica um ambiente altamente redutor .

Tampão redox Wüstite

Wüstite, em geoquímica, define um buffer redox de oxidação dentro das rochas em que ponto a rocha é tão reduzida que Fe ³⁺ , e portanto hematita , está ausente.

À medida que o estado redox de uma rocha é ainda mais reduzido, a magnetita é convertida em wüstita. Isso ocorre pela conversão dos íons Fe ³⁺ na magnetita em íons Fe ²⁺ . Um exemplo de reação é apresentado abaixo:

${\ displaystyle {\ ce {{\ underset {magnetite} {FeO.Fe2O3}} + {\ underset {grafite / diamante} {C}} -> {3FeO} + {\ underset {carbono \ monóxido} {CO}} }}}$

A fórmula da magnetita é mais precisamente escrita como FeO · Fe ₂ O _{3 do} que como Fe ₃ O ₄ . A magnetita é uma parte FeO e uma parte Fe ₂ O ₃ , em vez de uma solução sólida de wüstita e hematita. A magnetita é denominada tampão redox porque até que toda a magnetita Fe ³⁺ seja convertida em Fe ^2+, a assembléia mineral do óxido de ferro permanece wüstita-magnetita e, além disso, o estado redox da rocha permanece no mesmo nível de fugacidade do oxigênio . Isso é semelhante ao tamponamento no sistema H ⁺ / OH ^- ácido-base da água.

Depois que o Fe ³⁺ é consumido, o oxigênio deve ser removido do sistema para reduzi-lo ainda mais e a wüstita é convertida em ferro nativo. O conjunto de equilíbrio mineral do óxido da rocha torna-se wüstita-magnetita-ferro.

Na natureza, os únicos sistemas naturais que são quimicamente reduzidos o suficiente para até mesmo atingir uma composição wüstita-magnetita são raros, incluindo skarns ricos em carbonato , meteoritos, fulguritos e rochas afetadas por raios, e talvez o manto onde o carbono reduzido está presente, exemplificado por a presença de diamante ou grafite .

Efeitos sobre minerais de silicato

A proporção de Fe ²⁺ para Fe ³⁺ dentro de uma rocha determina, em parte, a assembléia mineral de silicato da rocha. Dentro de uma rocha com uma determinada composição química, o ferro entra nos minerais com base na composição química em massa e nas fases minerais que são estáveis ​​àquela temperatura e pressão. O ferro só pode entrar em minerais como a piroxena e a olivina se estiver presente como Fe ²⁺ ; Fe ³⁺ não pode entrar na rede de fayalite olivina e, portanto, para cada dois íons Fe ³⁺ , um Fe ²⁺ é usado e uma molécula de magnetita é criada.

Em rochas quimicamente reduzidas, a magnetita pode estar ausente devido à propensão do ferro para entrar na olivina, e a wüstita só pode estar presente se houver um excesso de ferro acima do que pode ser usado pela sílica. Assim, a wüstita só pode ser encontrada em composições subsaturadas de sílica que também são quimicamente reduzidas, satisfazendo a necessidade de remover todo o Fe ³⁺ e de manter o ferro fora dos minerais de silicato.

Na natureza, rochas carbonáticas, potencialmente carbonatitas , kimberlitos , rochas melilíticas com carbonato e outras rochas alcalinas raras podem satisfazer esses critérios. No entanto, a wüstita não é relatada na maioria dessas rochas na natureza, potencialmente porque o estado redox necessário para conduzir a magnetita à wüstita é muito raro.

Papel na fixação de nitrogênio

Aproximadamente 2-3% do orçamento mundial de energia é alocado para o processo Haber para a produção de amônia, que depende de catalisadores derivados da wüstita. O catalisador industrial é obtido a partir de pó de ferro finamente moído, que geralmente é obtido por redução de magnetita de alta pureza (Fe ₃ O ₄ ). O metal de ferro pulverizado é queimado (oxidado) para dar magnetita ou wüstita de um tamanho de partícula definido. As partículas de magnetita (ou wüstita) são então parcialmente reduzidas, removendo parte do oxigênio no processo. As partículas de catalisador resultantes consistem em um núcleo de magnetita, envolto em uma camada de wüstita, que por sua vez é cercada por uma camada externa de metal de ferro. O catalisador mantém a maior parte de seu volume durante a redução, resultando em um material de alta área superficial altamente poroso, o que aumenta sua eficácia como catalisador.

Uso histórico

Segundo Vagn Fabritius Buchwald, a wüstita foi um componente importante durante a Idade do Ferro para facilitar o processo de soldagem de forja . Nos tempos antigos, quando a ferraria era executada com carvão forjado , o poço profundo de carvão em que o aço ou ferro era colocado fornecia um ambiente altamente redutor, virtualmente livre de oxigênio, produzindo uma fina camada de wüstita no metal. Na temperatura de soldagem, o ferro torna-se altamente reativo com o oxigênio, e vai faiscar e formar camadas espessas de escória quando exposto ao ar, o que torna a soldagem do ferro ou aço quase impossível. Para resolver esse problema, os ferreiros antigos jogavam pequenas quantidades de areia no metal incandescente. A sílica na areia reage com a wüstita para formar a faialita , que derrete logo abaixo da temperatura de soldagem. Isso produziu um fluxo eficaz que protegeu o metal do oxigênio e ajudou a extrair óxidos e impurezas, deixando uma superfície pura que pode soldar facilmente. Embora os antigos não tivessem conhecimento de como isso funcionava, a habilidade de soldar ferro contribuiu para o movimento da Idade do Bronze para a moderna.

Minerais relacionados

Wüstite forma uma solução sólida com periclase ( Mg O) e substitutos de ferro para magnésio. A periclase, quando hidratada, forma a brucita (Mg (O H ) ₂ ), um produto comum das reações metamórficas da serpentinita .

A oxidação e hidratação da wüstita formam goethita e limonita .

Zinco, alumínio e outros metais podem substituir o ferro na wüstita.

Wustite em dolomite skarns pode estar relacionada com siderite (ferro (II), carbonato), volastonite , enstatite , diopside , e magnesite .

Veja também

• Mineralogia normativa
• Skarn

Referências

• Mineral Data Pub. Arquivo PDF acessado em 05/03/2006
• Euromin Acessado 2006/03/05
• Wüstite em Mindat.org Acessado em 3/5/2006
• Dados Webmineral Acessado em 3/5/2006