자석

Magnetite
자석
Magnetite-118736.jpg
볼리비아에서 온 자석
일반
카테고리
공식
(기존 단위)		아이언(II,III) 산화물, FeFeO2+3+24
IMA 기호매그[1]
스트룬츠 분류4.BB.05
크리스털 시스템등축계
크리스털 클래스헥소옥타헤드랄(m3m)
H-M 기호: (4/m 3 2/m)
스페이스 그룹Fd3m
단위세포a = 8.397 å; Z = 8
식별
색검은색, 회색, 반사된 태양에 갈색빛이 도는 틴트
수정습관팔면체, 질량에서 질량까지 미세한 세밀함
트윈닝{Ill}에서 쌍둥이와 합성 평면 모두로, 스피넬 법칙, 접촉 쌍둥이로
클라바주흐릿하게, {Ill}에서 헤어짐, 아주 좋다.
골절울퉁불퉁한
고집브리틀
모스 눈금 경도5.5–6.5
루스터메탈릭
스트릭블랙
발데인성불투명
비중5.17–5.18
용해성염산에 천천히 녹는다.
참조[2][3][4][5]
주요 품종
로이드스톤확실한 북극과 남극을 가진 자석
자석의 단위 세포.회색 구들은 산소, 녹색은 분철, 파란색은 삼발철이다.또한 8면체 공간(연청색)에 있는 철 원자와 4면체 공간(회색)에 있는 다른 원자도 보인다.

마그네타이트는 광물이며 주요 철광석 중 하나로 화학식 FeFeO가2+3+24 있다.그것은 철의 산화물 중 하나이며, 강자성이다.[6] 자석에 이끌려 영구 자석이 될 수 있다.[7][8]그것은 지구상에서 자연적으로 발생하는 모든 광물들 중 가장 자성이 강하다.[7][9]자연적으로 자화된 자석 조각들, 즉 '숙석'이라고 불리는 자석 조각들은 작은 철 조각들을 끌어들일 것인데, 이것이 고대인들이 자석의 성질을 처음 발견한 방법이다.[10]

마그네타이트는 금속 광택이 나는 검은색 또는 갈색의 흑색이며, 모스 경도가 5-6으로 검은색 줄무늬를 남긴다.[7]작은 자석 알갱이는 화성암과 변성암에서 매우 흔하다.[11]

화학 IUPAC 이름은 철(II,III) 산화물과 일반 화학적 명칭은 철철 산화물이다.[12]

특성.

화성암 외에도 자석은 퇴적암에서 발생하며, 띠철성형을 포함한 퇴적암에서, 호수나 해양 퇴적물에서 모두 퇴적곡물과 자석화로서 발생한다.자석 나노입자는 또한 토양에서 형성되는 것으로 생각되는데, 그 토양에서 그들은 아마도 마그헤미트로 빠르게 산화한다.[13]

결정구조

자석의 화학적 구성은 Fe2+(Fe3+)(2O2-)이다.4이것은 자석이 철(이분)과 철(삼분) 철을 모두 함유하고 있다는 것을 나타내며, 산소의 중간 수준을 포함하는 환경에서 결정화를 제안한다.[14][15]그 구조의 주요 세부사항은 1915년에 제정되었다.그것은 X선 회절을 이용하여 얻은 최초의 결정 구조 중 하나였다.구조는 역 스피넬로, O2− 이온이 얼굴 중심의 입방 격자와 철 양이 간판을 차지하고 있다.Fe3+ cation의 절반은 사면 부지를 차지하고 나머지 절반은 Fe2+ cations와 함께 팔면 부지를 차지하고 있다.단위 셀은 32 O2− 이온으로 구성되며 단위 셀 길이는 a = 0.839 nm이다.[15][16]

역 스피넬 그룹의 일원으로서 자석석은 울보스피넬을 포함한 유사하게 구조화된 광물로 고체 용액을 형성할 수 있다.FeTiO24) 및 마그네시아ferrite(MgFeO24).[17]

티타노마그네사이트는 티타늄 자석이라고도 하며, 자석과 울보스피넬 사이의 고체 용액으로 많은 마피크 화성암에서 결정화된다.타이타노마이트는 냉각 중에 옥시섹스솔루션을 겪을 수 있으며, 이로 인해 자석과 일메나이트가 생성될 수 있다.[17]

결정 형태학 및 크기

천연 자석과 합성 자석은 가장 일반적으로 {111}개의 면으로 둘러싸인 옥타헤드 결정과 롬빅-도데카헤드라로 발생한다.[15]트윈닝은 {111} 평면에서 발생한다.[3]

열수 합성은 보통 10 mm (0.39 in)의 넓이까지 될 수 있는 단일 옥타헤드럴 결정체를 생성한다.[15]0.1 M HI 또는 2 M NHCl과4 같은 미네랄라이저와 416–800 °C의 0.207 MPa에서 자석석은 Rhombic-dodchahedra 형태의 조합인 결정체로 성장했다.[15]그 결정들은 평소보다 더 둥글었다.둥근 결정에서 표면 대 부피 비율이 낮아짐에 따라 표면 에너지가 감소함에 따라 더 높은 형태의 외관이 고려되었다.[15]

반응

자석은 암석이 형성되는 조건을 이해하는 데 중요한 역할을 해왔다.자석석은 산소와 반응하여 헤마이트를 생성하며, 광물 쌍은 자신의 환경이 얼마나 산화되는가를 조절할 수 있는 완충제(산소 도망성)를 형성한다.이 버퍼는 헤마이트 자석 또는 HM 버퍼로 알려져 있다.산소 레벨이 낮을 때 자석석은 QFM 버퍼로 알려진 쿼츠와 파얄라이트로 완충제를 형성할 수 있다.여전히 낮은 산소 레벨에서 자석석은 MW 버퍼로 알려진 뷔스티이트와 완충제를 형성한다.QFM과 MW 버퍼는 암석화학에 대한 실험실 실험에서 광범위하게 사용되어 왔다.특히 QFM 완충제는 대부분의 화성암에 가까운 산소탈출성을 생성한다.[18][19]

일반적으로 화성암은 티타노마그네이트와 히모모메나이트 또는 티타노헤마타이트의 고체 용액을 포함하고 있다.광물 쌍의 구성은 산소 도망도를 계산하는 데 사용된다: 다양한 산화 조건이 마그마에서 발견되고 산화 상태는 마그마가 분절 결정화에 의해 어떻게 진화할 수 있는지를 결정하는 데 도움이 된다.[20]또한 자석은 독사화에 의해 페리도이트와 모래언덕에서 생성된다.[21]

자성

숙소는 초기 형태의 자기 나침반으로 사용되었다.자석은 판구조학을 이해하는 데 중요한 과학이자 자기유체역학 및 기타 과학 분야의 역사적 자료로서 구석기학에서 중요한 도구였다.[22]

마그네사이트와 일메나이트, 헤마이트, 울보스포시넬과 같은 다른 산화철 광물들 사이의 관계는 많이 연구되어 왔다; 이러한 광물과 산소 사이의 반응은 마그나이트가 지구의 자기장에 대한 기록을 어떻게 그리고 언제 보존하는지에 영향을 미친다.[23]

저온에서 자석은 결정 구조 위상 전환을 거친다 단핵 구조에서 베르웨이 전환이라고 알려진 입방 구조로.광학 연구는 이 금속에서 절연체로의 전환이 날카롭고 120K 정도 발생한다는 것을 보여준다.[24]Verwey 전환은 곡물 크기, 도메인 상태, 압력,[25] 철-산소 측정에 의존한다.[26]또한 130K 전후의 Verwey 전환 부근에서도 등방성 지점이 발생하는데, 이때 자석크리스탈린 음이소트로피 상수의 기호가 양에서 음으로 바뀐다.[27]자석의 퀴리 온도는 580 °C(853 K; 1,076 °F)[28]이다.

자석이 충분히 많은 양이면 자기 강도를 측정하는 자기계측기를 이용한 에어로마그네틱 조사에서 찾을 수 있다.[29]

예금분포

석영 해변 모래(인도 첸나이)에 있는 자석석과 기타 중광물(어두운 광물)

자석은 때때로 해변 모래에서 대량으로 발견된다.홍콩의 Lung Kwu Tan, 미국 캘리포니아, 뉴질랜드 북섬 서부 해안 등 여러 곳에서 이런 검은 모래(미네랄 모래 또는 철 모래)가 발견된다.[30]바위로부터 침식된 자석은 강에 의해 해변으로 운반되고 파동 작용과 조류에 의해 집중된다.띠철 형성물에서 거대한 퇴적물이 발견되었다.[31][32]이 퇴적암들은 지구 대기의 산소 함량 변화를 유추하기 위해 사용되어 왔다.[33]

칠레 아타카마 지역(칠레아 철제 벨트)[34]과 우루과이의 발렌타인 지역,[35] 스웨덴 키루나,[36] 뉴사우스웨일스의 탈라왕 지역,[37] 미국 뉴욕의 아디론다크 지역에서도 자석 자석 침전물이 많이 발견된다.[38]마우리타니아의 가장 높은 산인 Kediet ej Jill은 전적으로 광물로 만들어졌다.[39]퇴적물은 노르웨이, 루마니아, 우크라이나에서도 발견된다.[40]자석이 풍부한 모래언덕은 페루 남부에서 발견된다.[41]2005년, 탐사 회사인 카데로 리소스스는 페루에서 자석을 함유한 거대한 모래언덕을 발견했다.사구밭은 250평방킬로미터(100평방미터)에 달하며, 가장 높은 사구는 사막 바닥 위 2,000미터(6,560피트)가 넘는다.모래에는 10%의 자석분이 함유되어 있다.[42]

충분한 양의 자석은 나침반 항법에 영향을 미칠 수 있다.태즈메이니아에는 나침반에 큰 영향을 줄 수 있는 자화성이 높은 암석이 있는 지역이 많다.태즈메이니아에서 나침반을 사용할 때는 항법 문제를 최소로 유지하기 위해 추가적인 단계와 반복적인 관찰이 필요하다.[43]

입방체 습관을 가진 마그넷라이트 크리스탈은 드물지만 뉴욕 세인트로렌스 카운티 발마트와 [44][45]스웨덴 랑반에서 발견된 바 있다.[46]이 습관은 아연과 같은 양이온의 존재에서 결정화의 결과일 수도 있다.[47]

자석은 생물 분화로 인해 화석에서도 발견될 수 있으며, 자석이라고 불린다.[48]또한 우주에서 운석으로부터 기원을 얻은 자석의 예도 있다.[49]

생물학적 발생

생체자기학은 보통 유기체에서 광범위하게 발생하는 자석의 생물 유발 결정체의 존재와 관련이 있다.[50]이러한 유기체는 자석성 박테리아(예: 자석성 박테리아)부터 인간을 포함한 동물에 이르기까지 다양하며, 종에 따라 다른 기관에서 자석 결정체(및 기타 자석 감수성 화합물)가 발견된다.[51][52]바이오자석은 약한 자기장이 생물계에 미치는 영향을 설명한다.[53]전기장과 자기장에 대한 세포 민감도(갈바노타축)에 대한 화학적 근거도 있다.[54]

감마프로테오박테리아 자석

순수 자석 입자들은 자석 안에서 생물 분화되는데, 자석 입자들은 몇 종의 자석 박테리아에 의해 생성된다.자석들은 항법용 박테리아가 사용하는 방향 자석 입자의 긴 사슬로 이루어져 있다.이 박테리아가 죽은 후, 자석 속의 자석 입자들은 자석 광석으로서 퇴적물에 보존될 수 있다.자석성이 아닌 혐기성 박테리아의 일부 유형도 아모르픽 철산화물을 자석성으로 감소시킴으로써 산소가 없는 퇴적물에서 자석을 만들 수 있다.[55]

여러 종의 새들은 자기장 감지를 위해 윗부리에 자석 결정체를 포함하고 있는 것으로 알려져 있는데,[56] 이 결정체는 (망막의 크립토크롬과 함께) 주변 자기장의 방향, 극성, 크기를 감지할 수 있는 능력을 갖게 한다.[51][57]

몰루스크의 일종인 치톤은 라둘라라고 알려진 혀와 같은 구조를 가지고 있으며, 자석 코팅된 치아 또는 틀니로 덮여 있다.[58]자석의 경도는 음식을 분해하는 데 도움이 된다.

생물 자석은 유기체가 노출된 자기장에 대한 정보를 저장할 수 있으며, 잠재적으로 과학자들이 유기체의 이동이나 지구의 자기장 변화에 대해 시간이 지남에 따라 알게 될 수 있다.[59]

인간의 뇌

살아있는 유기체는 자석을 생산할 수 있다.[52]인간에서 자석은 전두엽, 두정, 후두엽, 측두엽, 뇌줄기, 소뇌, 기저강낭 등 뇌의 다양한 부분에서 발견될 수 있다.[52][60]철은 뇌에서 자석, 헤모글로빈(혈액), 페리틴(단백질)의 세 가지 형태로 발견될 수 있으며, 일반적으로 운동기능과 관련된 뇌의 부위는 더 많은 철분을 함유하고 있다.[60][61]자석은 해마에서 찾을 수 있다.해마는 정보 처리, 특히 학습과 기억과 관련이 있다.[60]그러나 자석은 전하나 자성, 산화 스트레스나 활성산소의 생성에 관여하기 때문에 독성 효과를 가질 수 있다.[62]연구 결과 신경퇴행성 질환과 관련된 베타 아밀로이드 판과 타우 단백질은 산화 스트레스와 철의 증식 후 자주 발생하는 것으로 나타났다.[60]

일부 연구자들은 또한 인간이 자기적 감각을 가지고 있다고 제안하면서,[63] 이것이 특정한 사람들이 항해를 위해 자기적 감각을 사용할 수 있게 해줄 수 있다고 제안한다.[64]뇌에서 자석의 역할은 아직도 잘 이해되지 않고 있으며, 보다 현대적이고 학제적인 학제간 기법을 생체자기학 연구에 적용하는 데는 전반적으로 지연이 있었다.[65]

인간의 뇌현미경 샘플의 전자현미경 스캔은 인체 자신의 세포에서 생성된 자석과 공기중 오염으로부터 흡수된 자석을 구별할 수 있으며, 자연적인 형태는 들쭉날쭉하고 결정성이 있으며, 자석 오염은 둥근 나노입자로 발생한다.잠재적으로 인간의 건강상의 위험인 공기 중 자석은 오염의 결과물이다(특히 연소).이 나노입자는 후각신경을 통해 뇌로 이동할 수 있어 뇌 속의 자석분 농도를 높일 수 있다.[60][62]일부 뇌 샘플에서 나노입자 오염은 자연 입자를 100:1만큼 초과하며, 이러한 오염에 의한 자석 입자는 비정상적인 신경 퇴화와 연관되어 있을 수 있다.한 연구에서 37명의 뇌에서 특징적인 나노입자가 발견되었다. 이들 중 29명은 3세에서 85세의 나이로 대기오염의 주요 지점인 멕시코시티에서 살다가 죽었다.62세에서 92세의 영국 맨체스터 출신의 8명 중 일부는 다양한 신경퇴행성 질환으로 사망했다.[66]그러한 입자들은 아마도 알츠하이머병과 같은 질병에 기여할 수 있을 것이다.[67]아직 인과관계가 성립되지 않았지만, 실험실 연구에서는 자석 같은 철산화물이 뇌에 있는 단백질 판의 성분이라고 밝히고 있다.그러한 명패는 알츠하이머병과 연관되어 있다.[68]

철분, 특히 자기철분 증가가 알츠하이머 환자의 뇌 일부에서 발견되었다.[69]철분 농도의 변화를 감시하면 자석석과 페리틴의 관계로 인한 증상이[61][69] 시작되기 전에 뉴런의 손실과 신경퇴행성 질환의 발생을 감지할 수 있을 것이다.[60]조직에서 자석석과 페리틴은 대비를 만드는 자기공명영상(MRI)과 상호작용하는 작은 자기장을 생성할 수 있다.[69]헌팅턴 환자들은 자석류 수치가 증가하는 것을 보여주지 않았다. 그러나 높은 수치는 연구용 쥐에서 발견되었다.[60]

적용들

철분 함량이 높기 때문에 자석석은 오랫동안 주요 철광석이었다.[70]용광로에서 돼지철이나 스펀지철로 줄여 강철로 전환한다.[71]

자기 녹음

자기 아세테이트 테이프를 이용한 오디오 녹음은 1930년대에 개발되었다.독일 마그네토폰은 자석 분말을 녹음 매체로 활용했다.[72]제2차 세계 대전 이후, 3M 회사는 독일 디자인에 대한 작업을 계속했다.1946년 3M 연구진은 입방 결정의 가루를 사용한 자석 기반 테이프를 자석을 바늘 모양의 산화감마( particles-FeO23) 입자로 대체함으로써 개선할 수 있다는 사실을 발견했다.[72]

카탈루션

전 세계 에너지 예산의 약 2~3%가 자석 유도 촉매에 의존하는 질소 고정용 Haber 프로세스에 할당된다.산업 촉매는 미세하게 갈린 철분가루에서 얻는데, 보통 고순도 자석을 줄여서 얻는다.분쇄된 철금속은 정의된 입자 크기의 자석 또는 뷔스티이트를 주기 위해 연소(산소화)된다.그러면 자석(또는 뷔스티이트) 입자가 부분적으로 감소하여 그 과정에서 산소의 일부를 제거한다.그 결과로 생긴 촉매 입자는 뷔스티이트의 껍질에 싸여 있는 자석체의 핵으로 이루어져 있으며, 그 다음에는 철 금속의 외부 껍질로 둘러싸여 있다.촉매는 감속 시 대부분의 부피를 유지하여 다공성 고표면 소재가 발생하여 촉매로서의 효과를 높인다.[73][74]

자석 나노입자

자석 미세입자와 나노입자는 생물의학에서 환경까지 다양한 용도로 사용된다.한 가지 용도는 정수다: 높은 경사로 자석분리에서는 오염된 물에 유입된 자석 나노입자가 부유입자(예:[75] 솔리드, 박테리아 또는 플랑크톤)에 결합되어 유체의 바닥에 정착하여 오염물질을 제거하고 자석 입자를 재활용하고 재사용할 수 있다.이 방법은 방사성 및 발암성 입자에도 작용하여, 물 시스템에 유입되는 중금속의 경우 중요한 정화 수단이 된다.[76]

자기 나노입자의 또 다른 적용은 페로플루이드의 생성에 있다.이것들은 놀기 재미있을 뿐만 아니라 여러 가지 방법으로 사용된다.페로플루오르드는 인체의 표적 약물 전달에 사용될 수 있다.[75]약물 분자와 결합한 입자의 자성은 용액의 "자기 끌기"를 신체의 원하는 부위에 허용한다.이렇게 되면 몸 전체보다는 몸의 작은 부위만을 치료할 수 있게 되고, 무엇보다도 암 치료에 큰 도움이 될 수 있을 것이다.페로플루오르드는 자기공명영상(MRI) 기술에도 사용된다.[77]

탄광공업

석탄과 폐물의 분리를 위해, 밀도가 높은 중탕이 사용되었다.이 기법은 석탄(m³당 1.3–1.4톤)과 셰일즈(m³당 2.2–2.4톤) 사이의 밀도 차이를 사용했다.중간 밀도(자석이 있는 물)의 매체에서는 돌이 가라앉고 석탄이 떠다녔다.[78]

마그네틴

마그넷틴은 초저마찰 거동으로 유명한 2차원 평판 마그넷라이트 시트다.[79]

자석 광물 시료 갤러리

  • 직경 1.8cm의 자석 자석 옥타헤드랄 결정, 크림색 장석 결정, 지역성:세로 화냐키노 볼리비아 포토시 주

  • 얼굴에 상피 고도가 있는 자석 결정체

  • 대비 찰카피라이트 행렬의 자석

  • 뉴욕 세인트로렌스 카운티에서 희귀한 입방체 습성을 지닌 자석

참고 항목

참조

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