Wüstit

La wüstita ( Fe₂O₃ , a veces también escrita como Fe₀.₉₅O ₎ es un mineral compuesto principalmente de óxido de hierro(II) que se encuentra en meteoritos y hierro nativo . Tiene un color gris con un tinte verdoso bajo luz reflejada . La wüstita cristaliza en el sistema cristalino isométrico-hexoctaédrico en granos metálicos opacos a translúcidos. Tiene una dureza Mohs de 5 a 5,5 y una densidad de 5,88. La wüstita es un ejemplo típico de un compuesto no estequiométrico .

La wüstita recibió su nombre en honor a Fritz Wüst (1860–1938), metalúrgico alemán y director fundador del Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung (actualmente Max Planck Institute for Iron Research GmbH ). ^{[ 2 ]}

Además de su localidad tipo en Alemania, se ha reportado en la isla Disko , Groenlandia; en el yacimiento de carbón de Jharia , Jharkhand , India; y como inclusiones en diamantes en varias chimeneas de kimberlita . También se ha reportado en nódulos de manganeso de aguas profundas .

Su presencia indica un ambiente altamente reductor .

Los minerales de hierro en la superficie terrestre suelen estar altamente oxidados, formando hematita , con estado Fe³⁺ ^, o, en ambientes menos oxidantes, magnetita , con una mezcla de Fe³⁺ ^y Fe²⁺ ^. En geoquímica, la wüstita define un estado redox de oxidación dentro de las rocas, en el cual la roca se reduce tanto que el Fe³⁺ ^, y por lo tanto la hematita, está ausente.

A medida que el estado redox de una roca se reduce aún más, la magnetita se convierte en wüstita. Esto ocurre por la conversión de los iones Fe³⁺ ^de la magnetita en iones Fe²⁺ ^. A continuación se presenta un ejemplo de reacción:

${\displaystyle {\ce {{\underset {magnetita}{FeO.Fe2O3}}+{\underset {grafito/diamante}{C}}->{3FeO}+{\underset {monóxido\ de\ carbono}{CO}}}}}$

_{La fórmula de la} magnetita se escribe con mayor precisión como FeO·Fe₂O₃ _{que como} Fe₃O₄ _. La magnetita es una parte FeO y una parte Fe₂O₃ _, en lugar de una solución sólida de wüstita y _hematita . La magnetita se denomina amortiguador redox porque, hasta que todo el Fe³⁺ presente ^en el sistema se convierte en Fe²⁺ ^, la asociación mineral de óxido de hierro permanece como wüstita-magnetita. Además, el estado redox de la roca permanece al mismo nivel de fugacidad de oxígeno . Considerando el amortiguamiento del potencial redox (E _h ) en el sistema redox Fe–O, esto puede compararse con el amortiguamiento del pH en el sistema ácido-base H⁺ ^{/ OH⁻} del agua.

Una vez consumido el Fe³⁺ ^, se debe eliminar el oxígeno del sistema para reducirlo aún más, y la wüstita se convierte en hierro nativo. La composición mineral de óxido en equilibrio de la roca pasa a ser wüstita-magnetita-hierro.

En la naturaleza, los únicos sistemas naturales que están lo suficientemente reducidos químicamente como para alcanzar una composición de wüstita-magnetita son raros, incluyendo los skarns ricos en carbonato , los meteoritos, las fulguritas y las rocas afectadas por rayos, y quizás el manto donde hay carbono reducido, ejemplificado por la presencia de diamante o grafito .

Aproximadamente entre el 2 % y el 3 % del presupuesto energético mundial se destina al proceso Haber para la _producción de amoníaco ( NH₃ ), que utiliza catalizadores derivados de wüstita. El catalizador industrial se obtiene a partir de polvo de hierro finamente molido, generalmente mediante la reducción de magnetita de alta pureza (Fe₃O₄ _{) .} El hierro pulverizado se quema (oxida) para producir magnetita o wüstita de un tamaño de partícula definido. Posteriormente, las partículas de magnetita (o wüstita) se reducen parcialmente, eliminando parte del oxígeno en el proceso. Las partículas de catalizador resultantes constan de un núcleo de magnetita, recubierto por una capa de wüstita, que a su vez está rodeada por una capa externa de hierro. El catalizador mantiene la mayor parte de su volumen durante la reducción, lo que da como resultado un material altamente poroso y de gran superficie, lo que mejora su eficacia como catalizador. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Según Vagn Fabritius Buchwald, la wüstita era un componente importante durante la Edad del Hierro para facilitar el proceso de soldadura por forja . En la antigüedad, cuando se trabajaba la forja con una fragua de carbón , el profundo foso donde se colocaba el acero o el hierro proporcionaba un ambiente altamente reductor, prácticamente libre de oxígeno, lo que producía una fina capa de wüstita sobre el metal. A la temperatura de soldadura, el hierro se vuelve altamente reactivo con el oxígeno y, al exponerse al aire, produce chispas y forma gruesas capas de escoria , lo que hace que soldar el hierro o el acero sea casi imposible. Para solucionar este problema, los herreros de la antigüedad arrojaban pequeñas cantidades de arena sobre el metal al rojo vivo. La sílice de la arena reacciona con la wüstita para formar fayalita , que se funde justo por debajo de la temperatura de soldadura. Esto producía un fundente eficaz que protegía el metal del oxígeno y ayudaba a extraer óxidos e impurezas, dejando una superficie pura que se podía soldar fácilmente. Aunque los antiguos no tenían conocimiento de cómo funcionaba esto, la capacidad de soldar hierro contribuyó al paso de la Edad de Bronce a la era moderna. ^{[ 5 ]}

La wüstita forma una solución sólida con la periclasa ( Mg₂O ), y el hierro sustituye al magnesio. La periclasa, cuando se hidrata, forma brucita (Mg(OH ) ₂ ₎ , un producto común de las reacciones metamórficas de la serpentinita .

La oxidación e hidratación de la wüstita forman goetita y limonita .

El zinc, el aluminio y otros metales pueden sustituir al hierro en la wüstita.

La wüstita en los skarns de dolomita puede estar relacionada con la siderita (carbonato de hierro(II)), la wollastonita , la enstatita , la diópsida y la magnesita .

• mineralogía normativa

• Publicación de datos minerales. Archivo PDF. Consultado el 3/5/2006.
• Euromin (Consultado el 3/5/2006)
• Wüstite en Mindat.org. Consultado el 3/5/2006.
• Datos de Webmineral consultados el 3/5/2006