Skutterudite

La skutterudita es un mineral de arseniuro de cobalto que contiene cantidades variables de níquel y hierro que sustituyen al cobalto con la fórmula ideal CoAs ₃ . Algunas referencias dan al arsénico un subíndice de fórmula variable de 2–3. Las variedades con alto contenido de níquel se denominan níquel-skutterudita, anteriormente cloantita. Es un mineral de mena hidrotermal que se encuentra en vetas de temperatura moderada a alta con otros minerales de Ni-Co. Los minerales asociados son arsenopirita , plata nativa , eritrita , annabergita , nickelina , cobaltita , sulfosales de plata , bismuto nativo , calcita , siderita , barita y cuarzo . ^{[ 3 ]} Se extrae como mena de cobalto y níquel con un subproducto de arsénico .

Se ha descubierto que la estructura cristalina de este mineral está presente en varios compuestos con importantes usos tecnológicos.

Este mineral presenta un brillo metálico intenso y es de color blanco estaño o gris acero claro con una raya negra. Su densidad es de 6,5 y su dureza oscila entre 5,5 y 6. Su estructura cristalina es isométrica, con formas cúbicas y octaédricas similares a las de la pirita . Al calentarse o triturarse, desprende un olor a ajo.

La skutterudita se conoce desde la Edad Media , cuando se utilizaba en la producción de esmalte . ^{[ 6 ] [ 7 ]} Fue descubierta en las minas de Skuterud, Modum , Buskerud , Noruega, en 1845. ^{[ 4 ]} Esmaltita es un nombre alternativo para el mineral. ^{[ 8 ]} Entre los yacimientos notables se incluyen Cobalt, Ontario ^{[ 9 ]} y Franklin, Nueva Jersey , en los Estados Unidos. ^{[ 10 ]}

La estructura cristalina del mineral skutterudita fue determinada en 1928 por Oftedahl como cúbica, perteneciente al grupo espacial Im 3 (número 204). ^{[ 11 ] [ 12 ]}

La celda unitaria de una skutterudita consta de un total de 32 átomos, ^{[ 13 ]} dispuestos en ocho cubos más pequeños compuestos de átomos de cobalto, que forman octaedros con el cobalto en el centro. Seis de estos cubos están llenos de anillos cuadrados planos de arsénico, cada uno orientado paralelamente a una de las aristas de la celda unitaria. ^{[ 14 ]} En su estructura, en la posición de Wyckoff 2 a , hay dos grandes huecos estructurales —cada uno de aproximadamente cinco angstroms de tamaño— que pueden llenarse con átomos de impurezas. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Junto con el tamaño de la celda unitaria y el grupo espacial asignado, los parámetros mencionados anteriormente describen completamente la estructura cristalina del material. Esta estructura se conoce comúnmente como estructura de skutterudita. ^{[ 17 ]}

Los materiales con estructura de skutterudita se estudian como materiales termoeléctricos de bajo costo ^{[ 18 ]} con baja conductividad térmica . ^{[ 19 ] [ 20 ]} Estos materiales se han sintetizado con un factor de mérito termoeléctrico (ZT) cercano a 1 a 800 kelvin . ^{[ 21 ]} Se ha observado un factor de mérito adimensional relativamente alto en una skutterudita policristalina parcialmente rellena con iones de iterbio . Los átomos de iterbio, de pequeño diámetro pero pesados, ocupan parcialmente los huecos en la estructura huésped de CoSb3 _, lo que resulta en bajos valores de conductividad térmica mientras que las propiedades electrónicas favorables no se ven sustancialmente alteradas por la adición de iterbio. ^{[ 22 ]}