Anatase
独特な結晶晶癖を持つ準安定な二酸化チタン鉱物。
アナターゼは二酸化チタン（TiO₂）の準安定な鉱物形態で、正方晶系に結晶化します。純粋な状態では無色または白色ですが、天然の標本は不純物のため通常は黒色です。TiO₂の4つの天然多形の1つであり、他はブルッカイト、アカオギアイト、ルチルで、ルチルが最も一般的で安定しています。アナターゼは比較的低温で形成され、火成岩や変成岩中に少量存在します。ガラス上のTiO₂薄膜は、紫外線下で防曇性と自己洗浄性を発揮します。
この鉱物は常に小さく、孤立した、鋭く発達した結晶として現れます。ルチルと同様に正方晶系に属しますが、同じ対称性を持ちながら、両鉱物の結晶面角は、45°と90°の柱面帯を除いて関連性がありません。アナターゼの一般的な八面体晶癖は4つの完全な劈開面を持ち、極角は82°9'で、ルチルの56°52½'と比較して急峻です。このより急な角度により、アナターゼ結晶はより長い垂直軸とより細い外観を持ちます。アナターゼはまた、より軟らかく（モース硬度5.5～6、ルチルは6～6.5）、密度が低く（比重約3.9、ルチルは4.2）、光学的に負性（ルチルは正性）であり、より強い金剛光沢または金属金剛光沢を持ちます。アナターゼはすべての温度と圧力で準安定ですが（ルチルが平衡相）、表面エネルギーが低いため多くのプロセスで最初に形成されることが多く、高温でルチルに転移します。
「アナターゼ」という名称は1801年にルネ＝ジュスト・アユイによって導入されましたが、この鉱物はそれ以前から知られていました。古代ギリシャ語のἀνάτασις（「伸ばすこと」）に由来し、他の複錐形と比較して結晶が軸に沿って伸長していることを指します。古い名称「オクタヘドライト」は、一般的な鋭い八面体晶癖に基づいてオラース・ベネディクト・ド・ソシュールによって命名されました。他の廃れた名称には、ジャン＝クロード・ドゥラメテリによるオワザナイトや、フランスのドーフィネ地方ル・ブール＝ドワザンの産地に由来するドーフィナイトがあります。
2つの結晶晶癖が区別されます。より一般的なタイプは、藍色から黒色で鋼のような光沢を持つ単純な鋭い八面体を形成します。これらはル・ブール＝ドワザンに豊富に産出し、花崗岩や雲母片岩の割れ目に水晶、長石、アクシナイトとともに産します。このタイプの微細な結晶は砂岩、粘土、粘板岩などの堆積岩に広く分布し、より軽い成分を洗い流すことで分離できます。(101)面は熱力学的に最も安定な表面であり、天然および合成アナターゼで最も露出したファセットです。2つ目の晶癖は多数の錐面を持ち、より扁平または時に柱状の結晶で、蜂蜜黄色から褐色です。これらはゼノタイムに似ており、かつてはその特殊な形態（ワイザーライトと呼ばれる）と考えられていました。これらはアルプス山脈の片麻岩の割れ目壁に付着して産し、特にスイス、ヴァレー州ブリーク近郊のビンネンタールで知られています。アナターゼは室温付近で準安定であり、約550～1000°Cでルチルに転移します。転移温度は不純物、ドーパント、試料の形態に強く依存します。
合成アナターゼは半導体用途向けにしばしば調製されます。一般的な実験室的方法には、四塩化チタン（TiCl₄）またはチタンエトキシドの制御された加水分解によるゾル-ゲル法があります。ドーパントは、形態、電子構造、表面化学を制御するために頻繁に添加されます。
Quick Facts
- Category
- Oxide minerals
- Formula
- TiO; 2
- Imasymbol
- Ant
- Molweight
- 79.88 g/mol
- Strunz
- 4.DD.05
- System
- Tetragonal
- Class
- Ditetragonal dipyramidal (4/mmm); H-M symbol: (4/m 2/m 2/m)
- Symmetry
- I4; 1, amd
Facts from the source article.
背景と経緯
古い名称であるオクタヘドライトは、オラース・ベネディクト・ド・ソシュールによって、結晶の一般的な鋭い八面体晶癖に基づいて命名されました。他の廃れた名称には、フランス、ドーフィネ地方ル・ブール＝ドワザンの産地に由来するオワザナイトやドーフィナイトがあります。アナターゼ結晶の2つの成長晶癖が区別されます。より一般的なものは、藍色から黒色で鋼のような光沢を持つ単純な鋭い八面体として現れ、フランス、ドーフィネのル・ブール＝ドワザンに豊富で、水晶、長石、アクシナイトと共生します。2つ目のタイプの結晶は多数の錐面を持ち、より扁平または柱状で、蜂蜜黄色から褐色であり、アルプス山脈、特にスイスのブリーク近郊ビンネンタールに産します。アナターゼは常に小さく、孤立した、鋭く発達した結晶として見られます。アナターゼはすべての温度と圧力で準安定であり、ルチルが平衡多形です。転移温度は不純物と試料の形態に強く依存します。アナターゼはルチルよりも硬度が低く（モース硬度5.5～6、ルチルは6～6.5）、密度が低く（比重約3.9、ルチルは4.2）、光学的に負性であるのに対し、ルチルは光学的に正性です。
読者ガイド
アナターゼは、独特の物理的・光学的特性を持つ二酸化チタンの準安定多形として重要性を持ちます。その低い表面エネルギーにより、ルチルが平衡相であるにもかかわらず、天然および合成プロセスで最初に形成されるTiO₂相となることがよくあります。アナターゼを含むTiO₂の薄膜でコーティングされたガラスは、紫外線下で防曇性と自己洗浄性を示し、自己洗浄表面や光触媒への実用的応用につながっています。アナターゼはまた、半導体用途向けにゾル-ゲル法で合成的に調製され、形態、電子構造、表面化学を制御するためにドーパントが使用されます。4つの完全な劈開面と82°9'の極角を持つ一般的な八面体結晶晶癖により、ルチルよりも長い垂直軸と細い外観を与えます。火成岩や変成岩中に微量に、また堆積岩中に微細結晶として産出することは、地質学的関心に貢献しています。この鉱物の歴史には、アユイによる命名や、その特徴的な結晶形態を反映したオクタヘドライトなどの古い名称が含まれます。
結晶構造と物理的差異
アナターゼは正方晶系に結晶化し、常に小さく孤立した鋭く定義された結晶として現れます。その最も認識しやすい晶癖は鋭い八面体で、4つの完全な劈開面で囲まれています。この八面体の極角は82°9'で、ルチル八面体に見られる56°52½'よりも著しく急峻な値です。この幾何学的な違いにより、アナターゼはより安定な同族体よりも明らかに細長い垂直軸と、より細くスリムなシルエットを持ちます。形状以外にも、2つの多形はいくつかの測定可能な点で異なります。アナターゼはモース硬度5.5～6で、ルチルの6～6.5よりわずかに軟らかく、比重は約3.9でルチルの4.2を下回ります。光学的には、アナターゼは負性鉱物として振る舞い、ルチルの正性とは逆です。その光沢は金剛光沢または金属金剛光沢と表現され、ルチルよりも顕著です。興味深いことに、同じ対称性を持つにもかかわらず、アナターゼとルチルの結晶面角は、共有される45°と90°の柱面帯を唯一の例外として、体系的な関係を全く持ちません。
名称の層状の歴史
アユイは古代ギリシャ語のἀνάτασις（「伸ばすこと」）に基づいて命名しました。これは、アナターゼ結晶が他の複錐形と比較して垂直軸に沿って伸長する様子を指しています。アユイの命名が定着する前、この鉱物はオクタヘドライトとして広く知られており、この名称はオラース・ベネディクト・ド・ソシュールによって、この種を特徴づける印象的な鋭い八面体形状を捉えて作られました。さらに2つの、現在は完全に廃れた名称も当時の鉱物学文献で流通していました。ジャン＝クロード・ドゥラメテリによって提案されたオワザナイトと、ドーフィネ地方の有名なフランスの産地ル・ブール＝ドワザンに地理的に言及したドーフィナイトです。「オクタヘドライト」が「アナターゼ」と並んで一般的な使用法で生き残っていることは、ソシュールの説明的な選択がこの分野にどれほど深く根付いていたかを証明しています。
自然界における2つの顔
アナターゼは自然界で2つの異なる成長晶癖を示します。より一般的なタイプは、藍色から黒色の着色と鋼のような光沢を持つ、単純で鋭い鋭八面体として現れます。これらの結晶は、フランス、ドーフィネのル・ブール＝ドワザンに特に豊富で、花崗岩や雲母片岩の割れ目に水晶、長石、アクシナイトとともに産します。この晶癖の微視的なバージョンは、砂岩、粘土、粘板岩などの堆積岩に散在し、より軽い粉末状の成分を洗い流すことで分離できます。2つ目の晶癖は著しく異なります。結晶は多数の錐面を示し、より扁平または時に柱状に見え、蜂蜜黄色から褐色の色合いを持ちます。ゼノタイムとの類似性は非常に説得力があったため、初期の鉱物学者はこれらをワイザーライトと呼ばれる特別な変種として分類しました。これらの標本はアルプス山脈の片麻岩の割れ目壁に付着し、スイス、ヴァレー州ブリーク近郊のビンネンタールが有名な産地です。
準安定性と実験室の最前線
アナターゼは特異な熱力学的立場にあります。すべての温度と圧力で準安定であり、ルチルが二酸化チタンの真の平衡多形として機能します。この相転移の正確な閾値は、存在する不純物やドーパント、および試料の形態によって変化します。地質学的役割を超えて、アナターゼは実用的応用のために大きな注目を集めています。ガラス上に堆積されたTiO₂の薄膜は、紫外線にさらされると防曇性と自己洗浄性を付与し、この鉱物の半導体特性は電子用途の候補となります。実験室では、結晶性アナターゼはしばしばゾル-ゲル法、典型的には四塩化チタンまたはチタンエトキシドの制御された加水分解によって合成されます。研究者は合成中に意図的にドーパントを導入し、生成物の形態、電子構造、表面化学を微調整します。