Anatase

Анатаз — метастабильная минеральная форма диоксида титана (TiO₂), кристаллизующаяся в тетрагональной сингонии. В чистом виде он бесцветен или бел, но природные образцы обычно черны из-за примесей. Это один из четырех природных полиморфов TiO₂ — остальные: брукит, акаогиит и рутил, причем рутил является наиболее распространенным и стабильным. Анатаз образуется при относительно низких температурах и встречается в небольших количествах в магматических и метаморфических породах. Тонкая пленка TiO₂ на стекле обеспечивает антизапотевающие и самоочищающиеся свойства под действием ультрафиолетового света.

Минерал всегда встречается в виде мелких, изолированных, четко ограненных кристаллов. Как и рутил, он относится к тетрагональной сингонии, но, несмотря на одинаковую степень симметрии, эти два минерала не имеют никакого родства в своих межгранных углах, за исключением призматической зоны при 45° и 90°. Обычный октаэдрический габитус анатаза имеет четыре совершенные плоскости спайности с полярным реберным углом 82°9', по сравнению с 56°52½' у рутила. Этот более крутой угол придает кристаллам анатаза более длинную вертикальную ось и более стройный вид. Анатаз также мягче (твердость по Моосу 5,5–6 против 6–6,5), менее плотен (удельный вес ~3,9 против 4,2), оптически отрицателен (рутил положителен) и обладает более сильным алмазным или металлически-алмазным блеском. Хотя анатаз метастабилен при всех температурах и давлениях (рутил является равновесной фазой), он часто образуется первым во многих процессах из-за своей более низкой поверхностной энергии, переходя в рутил при повышенных температурах.

Название «анатаз» было введено Рене Жюстом Гаюи в 1801 году, хотя минерал был известен и ранее. Оно происходит от древнегреческого ἀνάτασις («вытягивание»), что указывает на удлинение кристаллов вдоль оси по сравнению с другими дипирамидальными формами. Более старое название «октаэдрит» было дано Орасом Бенедиктом де Соссюром из-за обычного остроугольного октаэдрического габитуса. Другие устаревшие названия включают уазанит (Жан-Клод Деламетри) и дофинит, от французского местонахождения Ле-Бур-д'Уазан в Дофине.

Различают два кристаллических габитуса. Более распространенный тип образует простые остроугольные октаэдры индигово-синего до черного цвета со стальным блеском. Они обильны в Ле-Бур-д'Уазан, где встречаются вместе с горным хрусталем, полевым шпатом и аксинитом в трещинах гранита и слюдяного сланца. Микроскопические кристаллы этого типа широко распространены в осадочных породах, таких как песчаники, глины и сланцы, и могут быть отделены промывкой более легких составляющих. Плоскость (101) является наиболее термодинамически стабильной поверхностью и, следовательно, наиболее экспонированной гранью в природном и синтетическом анатазе. Второй габитус имеет многочисленные пирамидальные грани, образующие более плоские или иногда призматические кристаллы медово-желтого до коричневого цвета. Они напоминают ксенотим и когда-то считались его особой формой, называемой визерином. Они встречаются прикрепленными к стенкам трещин в гнейсах Альп, особенно в Биннентале близ Брига в кантоне Вале, Швейцария. Анатаз метастабилен вблизи комнатной температуры и переходит в рутил при температуре от 550 до 1000 °C; температура превращения сильно зависит от примесей, легирующих добавок и морфологии образца.

Синтетический анатаз часто получают для полупроводниковых применений. Обычные лабораторные методы включают золь-гель процесс посредством контролируемого гидролиза тетрахлорида титана (TiCl₄) или этоксида титана. Для контроля морфологии, электронной структуры и поверхностной химии часто добавляют легирующие добавки.