مغنيتيت

هيكل بلوري

وفي السياق ذاته، ينتج التوليف الحراري المائي عادة بلورات ثماني السطوح يمكن أن يصل عرضها إلى 10 مم. في وجود مواد معدنية مثل 0.1 M HI أو 2 M NH 4 Cl وعند 0.207 الآلام والكروب الذهنية عند 416-800 درجة مئوية، نما المغنيتيت على شكل بلورات كانت أشكالها عبارة عن مزيج من الأشكال المعينية-dodechahedra. كانت البلورات أكثر على وجه التقريب من المعتاد. تم اعتبار ظهور الأشكال الأعلى نتيجة لانخفاض طاقات السطح بسبب انخفاض نسبة السطح إلى الحجم في البلورات المستديرة.

وعلى صعيد آخر، يحدث المغنيتيت الطبيعي والصناعي بشكل أكثر شيوعًا في شكل بلورات ثماني السطوح تحدها طائرات {111} وكبلورات ثنائية الوجوه. تحدث التوأمة على متن طائرة {111}.

علاوةً على ذلك، Titanomagnetite، المعروف كذلك باسم Magnetite titaniferous، هو محلول صلب بين المغنيتيت والأولفوسبينيل الذي يتبلور في الكثير من الصخور النارية mafic. قد يخضع Titanomagnetite لتحليل الأكسجين أثناء التبريد، مما يؤدي إلى نمو المغنيتيت والإلمنيت.

وعلى صعيد آخر، يختلف المغنيتيت عن أغلب أكاسيد الحديد الأخرى من حيث أنه يحتوي على الحديد ثنائي التكافؤ وثلاثي التكافؤ.

كذلك، كعضو في مجموعة الإسبنيل، يمكن أن يشكل المغنيتيت محاليل صلبة مع المعادن ذات البنية المماثلة، بما في ذلك أولفوسبينيل (Fe 2 TiO 4 )، هيرسينيت ( FeAl 2 O 4 ) والكروميت (FeCr 2 O 4 ).

وفي هذا الصدد، يحتوي المغنيتيت على كل من حديد الحديد والحديد، مما يتطلب بيئات تحتوي على مستويات وسيطة من توافر الأكسجين لتكوينها.

وفي هذا السياق، التركيب الكيميائي للمغنتيت هو Fe 2+ Fe 2 3+ O 4 2−. تم إنشاء التفاصيل الرئيسية لهيكلها في سنة 1915. كانت واحدة من أولى الهياكل البلورية التي تم الحصول عليها باستخدام حيود الأشعة السينية. الهيكل هو الإسبنيل العكسي، حيث تشكل أيونات O 2 − شبكة مكعبة مركزية الوجه وكاتيونات حديدية تشغل مواقع بينية. نصف الكاتيونات Fe 3+ تحتل مواقع رباعية السطوح بينما النصف الآخر، إلى جانب Fe 2+ كاتيونات، تحتل مواقع الاوكتاهدرا. تتكون خلية الوحدة من 32 O 2− أيونات وطول خلية الوحدة هو a = 0.839 نانومتر.

التطبيقات

إضافةً إلى ذلك، نظرًا لمحتواه العالي من الحديد، لطالما كان المغنيتيت من أهم خام الحديد. يتم اختزاله في أفران الصهر إلى حديد صب أو حديد إسفنجي لتحويله إلى صلب.

التسجيل المغناطيسي

من جهة ثانية، تم تطوير التسجيل الصوتي باستخدام شريط الأسيتات المغناطيسي في الثلاثينيات. استعمل المغنطوفون الألماني مسحوق المغنيتيت كوسيط تسجيل. بعد الحرب العالمية الثانية، واصلت شركة 3M العمل على التصميم الألماني. في سنة 1946، وجد باحثو 3M أنه يمكنهم تحسين الشريط الذي يعتمد على المغنيتيت ، والذي يستعمل مساحيق من البلورات المكعبة، عن طريق استبدال المغنيتيت بجزيئات على شكل إبرة من أكسيد جاما الحديديك (γ-Fe 2 O 3 ).

الخصائص

كذلك، إلى جانب الصخور النارية، يوجد المغنيتيت كذلك في الصخور الرسوبية، بما في ذلك تشكيلات الحديد النطاقات وفي رواسب البحيرات والبحار كحبيبات مخلفات وكأحفورات مغناطيسية. يُعتقد كذلك أن الجسيمات النانوية المغنيتيت تتشكل في التربة، حيث من المحتمل أن تتأكسد بسرعة لتتحول إلى مادة maghemite.

العقل البشري

وفي السياق ذاته، يقترح بعض الباحثين كذلك أن البشر يمتلكون حاسة مغناطيسية، يقترحون أن هذا قد يسمح لبعض الأشخاص باستخدام الاستقبال المغناطيسي للملاحة. لا يزال دور المغنيتيت في الدماغ غير مفهوم جيدًا، وكان هناك تأخر عام في تطبيق تقنيات أكثر حداثة ومتعددة التخصصات لدراسة المغناطيسية الحيوية.

وعلى صعيد آخر، يمكن للمسح بالمجهر الإلكتروني لعينات أنسجة المخ البشري التفريق بين المغنيتيت الذي تنتجه خلايا الجسم والمغنيتيت الممتص من التلوث الجوي، والأشكال الطبيعية خشنة وبلورية، بينما يحدث تلوث المغنيتيت كجسيمات نانوية مستديرة. يُحتمل أن يكون المغنيتيت خطرًا على صحة الإنسان، وهو نتيجة للتلوث (على وجه التحديد الاحتراق). يمكن لهذه الجسيمات النانوية أن تنتقل إلى الدماغ عبر العصب الشمي، مما يزيد من تركيز المغنيتيت في الدماغ. في بعض عينات الدماغ، يفوق تلوث الجسيمات النانوية عدد الجسيمات الطبيعية بنسبة تصل إلى 100: 1، وقد ترتبط جزيئات المغنيتيت المنقولة بالتلوث بالتدهور العصبي غير الطبيعي. في إحدى الدراسات، تم العثور على الجسيمات النانوية المميزة في أدمغة 37 شخصًا: 29 منهم، تتراوح أعمارهم بين 3 و85 عامًا، عاشوا وماتوا في مكسيكو سيتي، وهي نقطة ساخنة لتلوث الهواء. ثمانية آخرون تتراوح أعمارهم بين 62 و92 قدموا من مانشستر، وتوفي البعض بدرجات متفاوتة من أمراض التنكس العصبي. بحسب الباحثين بقيادة البروفيسور باربرا ماهر في جامعة لانكستر ونشروا في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، يمكن تصور أن مثل هذه الجسيمات يمكن أن تسهم في أمراض مثل مرض الزهايمر. على الرغم من عدم وجود رابط سببي، تشير الدراسات المعملية إلى أن أكاسيد الحديد مثل المغنيتيت هي أحد مكونات لويحات البروتين في الدماغ، المرتبطة بمرض الزهايمر.

كذلك، تم العثور على زيادة مستويات الحديد، وخاصة الحديد المغناطيسي، في أجزاء من الدماغ في مرضى الزهايمر. قد تجعل مراقبة التغيرات في تركيزات الحديد من الممكن الكشف عن فقدان الخلايا العصبية وتطور الأمراض العصبية التنكسية قبل ظهور الأعراض بسبب العلاقة بين المغنيتيت والفيريتين. في الأنسجة، يمكن أن ينتج المغنيتيت والفيريتين مجالات مغناطيسية صغيرة تتفاعل مع التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) مما يؤدي إلى التباين. لم يظهر مرضى هنتنغتون زيادة في مستويات المغنيتيت . ومع ذلك، تم العثور على مستويات عالية في دراسة الفئران.

كذلك، يمكن أن تنتج الكائنات الحية المغنيتيت . في البشر، يمكن العثور على المغنيتيت في أجزاء مختلفة من الدماغ بما في ذلك الفص الجبهي والجداري والقذالي والصدغي وجذع الدماغ والمخيخ والعقد القاعدية. يمكن العثور على الحديد في ثلاثة أشكال في الدماغ - المغنيتيت والهيموجلوبين (الدم) والفيريتين (البروتين)، وتحتوي مناطق الدماغ المرتبطة بالوظيفة الحركية عمومًا على المزيد من الحديد. يمكن العثور على المغنيتيت في قرن آمون. يرتبط الحُصين بمعالجة المعلومات، وبالتحديد التعلم والذاكرة. ومع ذلك، يمكن أن يكون للمغنتيت تأثيرات سامة بسبب شحنتها أو طبيعتها المغناطيسية وتورطها في الإجهاد التأكسدي أو إنتاج الجذور الحرة. تشير الأبحاث إلى أن لويحات بيتا أميلويد وبروتينات تاو المرتبطة بمرض التنكس العصبي تحدث بشكل متكرر بعد الإجهاد التأكسدي وتراكم الحديد.

الحفز

وفي هذا السياق، يتم تخصيص ما يقرب من 2-3٪ من ميزانية الطاقة العالمية لعملية هابر لتثبيت النيتروجين، والتي تعتمد على المحفزات المشتقة من المغنيتيت . يتم الحصول على المحفز الصناعي من مسحوق الحديد المطحون ناعماً، والذي يتم الحصول عليه عادةً عن طريق تقليل المغنيتيت عالي النقاء. يتم حرق (أكسدة) معدن الحديد المسحوق لإعطاء المغنيتيت أو wüstite بحجم جسيم محدد. يتم لاحقًا تقليل جزيئات المغنيتيت (أو wüstite) جزئيًا، وإزالة بعض الأكسجين في هذه العملية. تتكون جزيئات المحفز الناتجة من لب من المغنيتيت ، مغلف بقشرة من wüstite، والتي بدورها محاطة بقشرة خارجية من معدن الحديد. يحافظ المحفز على أغلب حجمه الكتلي أثناء الاختزال، مما ينتج عنه مادة عالية المسامية ذات مساحة سطح عالية، مما يعزز فعاليتها كمحفز.

توزيع المعادن

من جهة ثانية، توجد كذلك رواسب كبيرة من المغنيتيت في منطقة أتاكاما في تشيلي؛ منطقة فالنتين في أوروغواي ؛ كيرونا، السويد ؛ مناطق بيلبارا والغرب الأوسط وشمال غولد فيلدز في غرب أستراليا ؛ شبه جزيرة آير في جنوب أستراليا ؛ منطقة تالاوانج في نيو ساوث ويلز ؛ وفي منطقة جبال آديرونداك بنيويورك في الولايات المتحدة. كديت إيج جيل، أعلى جبل في موريتانيا، مصنوع بالكامل من المعدن. توجد الودائع كذلك في النرويج وألمانيا وإيطاليا وسويسرا وجنوب إفريقيا والهند وإندونيسيا والمكسيك وهونغ كونغ وفي أوريغون ونيوجيرسي وبنسلفانيا ونورث كارولينا ووست فرجينيا وفرجينيا ونيو مكسيكو ويوتا وكولورادو في الولايات المتحدة. في عام 2005، اكتشفت شركة مصادر كارديرو للتنقيب عن ترسبات هائلة من الكثبان الرملية الحاملة للمغنتيت في بيرو. يغطي حقل الكثبان الرملية 250 كيلومترًا مربعًا (100 قدم مربع ميل)، مع أعلى الكثبان الرملية بأكثر من 2000 متر (6560 قدم) فوق أرضية الصحراء. يحتوي الرمل على 10٪ مغنتيت.

علاوةً على ذلك، يمكن كذلك العثور على المغنيتيت في الحفريات بسبب التمعدن الحيوي ويشار إليها باسم أحافير المغناطيسية. هناك كذلك حالات من المغنيتيت مع أصول في الفضاء قادمة من النيازك.

وعلى صعيد آخر، يوجد المغنيتيت أحيانًا بكميات كبيرة في رمال الشاطئ. توجد هذه الرمال السوداء ( الرمال المعدنية أو الرمال الحديدية) في أماكن مختلفة، مثل لونج كو تان من هونغ كونغ؛ كاليفورنيا، الولايات المتحدة؛ والساحل الغربي للجزيرة الشمالية لنيوزيلندا. يتم نقل المغنيتيت ، المتآكل من الصخور، إلى الشاطئ عن طريق الأنهار ويتركز بواسطة حركة الأمواج والتيارات. تم العثور على رواسب ضخمة في تشكيلات الحديد النطاقات. تم استخدام هذه الصخور الرسوبية لاستنتاج التغيرات في محتوى الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض.

وفي السياق ذاته، تم العثور على بلورات المغنيتيت ذات عادة مكعب في مكان واحد فقط: بالمات، مقاطعة سانت لورانس، نيويورك.

إضافةً إلى ذلك، بكميات كبيرة كافية يمكن أن يؤثر المغنيتيت على التنقل في البوصلة. يوجد في تسمانيا الكثير من المناطق ذات الصخور الممغنطة للغاية والتي يمكن أن تؤثر إلى حدّ كبير على البوصلات. مطلوب خطوات إضافية وملاحظات متكررة عند استخدام بوصلة في تسمانيا لتقليل مشاكل التنقل إلى الحد الأدنى.

جزيئات المغنيتيت النانوية

وعلى صعيد آخر، تُستعمل جسيمات المغنيتيت الدقيقة والنانوية في مجموعة متنوعة من التطبيقات، من الطبية الحيوية إلى البيئية. أحد الاستخدامات هو تنقية المياه: في الفصل المغناطيسي عالي التدرج، سوف ترتبط الجسيمات النانوية المغنيتيت التي يتم إدخالها في المياه الملوثة بالجسيمات العالقة (المواد الصلبة أو البكتيريا أو العوالق، مثلًا) وتستقر في قاع السائل، مما يسمح للملوثات بأن تكون إزالة جزيئات المغنيتيت وإعادة تدويرها وإعادة استخدامها. تعمل هذه الطريقة كذلك مع الجسيمات المشعة والمسرطنة، مما يجعلها أداة تنظيف مهمة في حالة إدخال المعادن الثقيلة في أنظمة المياه. يمكن أن تدخل هذه المعادن الثقيلة مستجمعات المياه بسبب مجموعة متنوعة من العمليات الصناعية التي تنتجها، والتي يتم استخدامها في جميع أنحاء البلاد. تعد القدرة على إزالة الملوثات من مياه الشرب المحتملة من التطبيقات المهمة، حيث إنها تقلل إلى حدّ كبير من المخاطر الصحية المرتبطة بشرب المياه الملوثة.

وفي هذا الصدد، هناك تطبيق آخر للجسيمات النانوية المغناطيسية في تكوين السوائل الممغنطة. يتم استخدامها بعدة طرق، فضلًا عن كونها ممتعة للعب بها. يمكن استخدام السوائل الممغنطة لتوصيل الأدوية إلى جسم الإنسان. يسمح مغنطة الجسيمات المرتبطة بجزيئات الدواء «بالسحب المغناطيسي» للمحلول إلى المنطقة المرغوبة من الجسم. سيسمح هذا بعلاج مساحة صغيرة فقط من الجسم، بدلاً من الجسم ككل، ويمكن أن يكون مفيدًا للغاية في علاج السرطان، من بين أمور أخرى. تُستعمل الموائع الحديدية كذلك في تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).

الخواص المغناطيسية

في هذا الإطار، استعمل حجر اللوديستون كشكل مبكر للبوصلة المغناطيسية. يُعدّ المغنيتيت السمة المميزة للمغناطيسية في الصخور، وبالتالي فهو من أدوات علم الباليومغناطيسية المهم في فهم الصفائح التكتونية، وفي تحديد البيانات التاريخية للهيدروديناميكا المغنطيسية وغيرها من المجالات العلمية.

في هذا الإطار، إذا كان المغنيتيت بكمية كبيرة بما يكفي، فيمكن العثور عليه في المسوحات المغناطيسية الجوية باستخدام مقياس المغناطيسية الذي يقيس الشدة المغناطيسية.

وفي هذا السياق، في درجات الحرارة المنخفضة، يمر المغنيتيت بمرحلة انتقالية من هيكل بلوري أحادي الميل إلى هيكل مكعب تُعرف تلك العملية بالانتقال الفيروي. تظهر الدراسات البصرية أن هذا الانتقال من الحالة المعدنية إلى الحالة الانعزالية يحدث عند قرابة 120 K. يعتمد الانتقال الفيروي على حجم الحبيبات والحالة السائدة والضغط ومدى الاتحاد بين الحديد والأكسجين. تكون نقطة الانتقال إلى النظائر كذلك بالقرب من درجة الانتقال الفيروي أي قرابة عند 130 K، عند هذه النقطة تتغير علامة ثابت التباين المغنطيسي من موجب إلى سلبي. درجة حرارة كوري لالمغنيتيت هي .

من جانب آخر، تمت دراسة العلاقات بين المغنيتيت وخامات أكسيد الحديد الأخرى مثل الإلمنيت والهيماتيت والأولفوسبينيل كثيرًا؛ التفاعلات بين هذه المعادن والأكسجين تؤثر على كيفية ومتى يحتفظ المغنيتيت بسجل للمغناطيسية الأرضية.

تفاعلات

كذلك، كان المغنيتيت مهمًا في فهم الظروف التي تتشكل فيها الصخور. يتفاعل المغنيتيت مع الأكسجين لإنتاج الهيماتيت، ويشكل الزوج المعدني حاجزًا يمكنه التحكم في هروب الأكسجين. بشكل عام، تحتوي الصخور النارية على محاليل صلبة لكل من مغنطيسيتي تيتانومنتيت وهيمويلمينيت أو تيتانوماثيت. تُستعمل تركيبات الأزواج المعدنية لحساب مدى تأكسد الصهارة (أي تطاير الأكسجين في الصهارة): توجد مجموعة من الظروف المؤكسدة في الصهارة وتساعد حالة الأكسدة في تحديد كيفية تطور الصهارة عن طريق التبلور الجزئي. كما يتم إنتاج المغنيتيت من البيريدوتيت ودونيت التي كتبها سربنتينيت.

الأحداث البيولوجية

ومن ناحية أخرى، الكيتونات، وهي نوع من الرخويات، لها بنية تشبه اللسان تُعرف باسم الرادولا، مغطاة بأسنان مغطاة بالمغنيتيت أو أسنان. تساعد صلابة المغنيتيت في تكسير الطعام، وقد تساعد خصائصه المغناطيسية كذلك في التنقل.  قد يخزن المغنيتيت البيولوجي معلومات حول المجالات المغناطيسية التي تعرض لها الكائن الحي، مما يسمح للعلماء بالتعرف على هجرة الكائن الحي أو حول التغيرات في المجال المغناطيسي للأرض بمرور الوقت.

في هذا الإطار، عادة ما يرتبط وجود بلورات الاحيائية من المغنيتيت ، والتي تحدث على نطاق واسع في الكائنات الحية. تتراوح هذه الكائنات من البكتيريا (مثلًا، ) إلى الحيوانات، بما في ذلك البشر، حيث توجد بلورات المغنيتيت (والمركبات الأخرى الحساسة مغناطيسيًا) في أعضاء مختلفة، اعتمادًا على الأنواع. تفسر المغناطيسية الحيوية تأثيرات المجالات المغناطيسية الضعيفة على الأنظمة البيولوجية. هناك كذلك أساس كيميائي للحساسية الخلوية للمجالات الكهربائية والمغناطيسية ( الجلفانوتاكسيس ).

من جانب آخر، يتم تمعدن جزيئات المغنيتيت النقية في العناصر المغناطيسية، والتي تنتجها عدة أنواع من البكتيريا المغناطيسية. تتكون المغنطيسية من سلاسل طويلة من جسيمات المغنيتيت الموجهة التي تستعملها البكتيريا للملاحة. بعد موت هذه البكتيريا، يمكن حفظ جزيئات المغنيتيت في المغنطيسومات في الرواسب كأحافير مغناطيسية. يمكن لبعض أنواع البكتيريا اللاهوائية غير المغناطيسية كذلك أن تخلق المغنيتيت في الرواسب الخالية من الأكسجين عن طريق تقليل أكسيد الحديديك غير المتبلور إلى المغنيتيت .

وفي السياق ذاته، من المعروف أن أنواعًا عديدة من الطيور تدمج بلورات المغنيتيت في المنقار العلوي للاستقبال المغناطيسي، والتي (بالاقتران مع الكريبتوكروميس في شبكية العين ) تمنحها القدرة على الإحساس بالاتجاه والقطبية وحجم المجال المغناطيسي المحيط.

صناعة تعدين الفحم

وفي السياق ذاته، لفصل الفحم عن النفايات، تم استخدام حمامات متوسطة كثيفة. استعملت هذه التقنية الفرق في الكثافات بين الفحم (1.3-1.4 طن لكل متر مكعب) والصخر الزيتي (2.2-2.4 طن لكل متر مكعب). في وسط ذي كثافة متوسطة (ماء مع المغنيتيت )، غرقت الحجارة وعوم الفحم.

• معرض العينات المعدنية المغنيتيت
• انظر كذلك
• حديد
• هيماتيت
• حجر المغناطيس
• مراجع
• قراءة متعمقة