Rutil

Rutil adalah sejenis mineral oksida yang terdiri dan menjadi bentuk paling umum dari titanium dioksida (TiO₂). Selain rutil, terdapat polimorf TiO₂ lain yang lebih jarang ditemukan yaitu anatase, akaogiit, dan brookit.

Rutil
Umum
Kategori	Mineral oksida
Rumus (unit berulang)	TiO2
Simbol IMA	Rt
Klasifikasi Strunz	4.DB.05
Sistem kristal	Tetragonal
Kelas kristal	Ditetragonal dipyramidal (4/mmm) H-M symbol: (4/m 2/m 2/m)
Grup ruang	P42/mnm
Sel unit	a = 4,5937 Å; c = 2,9587 Å; Z = 2
Identifikasi
Warna	Coklat, coklat kemerahan, merah darah, merah, kuning kecoklatan, kuning pucat, kuning, biru pucat, ungu, hijau rumput (jarang), hitam keabu-abuan; hitam jika Nb–Ta tinggi
Perawakan	Kristal Asikular hingga Prismatik, memanjang dan lurik sejajar ke [001]
Bentuk kembaran	Umum di {011}, atau {031}; sebagai kembar kontak dengan dua, enam, atau delapan individu, siklik, polisintetik
Belahan	{110} bagus, {100} sedang, berpisah pada {092} dan {011}
Fraktur	Tidak rata hingga sub-conchoidal
Kekerasan dalam skala Mohs	6,0–6,5
Kilau	Adamantin hingga metalik
Gores	Merah cerah hingga merah gelap
Diafaneitas	Kusam, transparan dalam pecahan tipis
Berat jenis	4.23 meningkat dengan kandungan Nb–Ta
Sifat optik	Uniaksial (+)
Indeks bias	nω = 2,613; nε = 2,909 (589 nm)
Bias ganda	0,296 (589 nm)
Pleokroisme	Lemah hingga berwarna merah-hijau-kuning kecoklatan
Dispersi	Kuat
Fusibilitas	Fusible in alkali carbonates
Kelarutan	Tidak larut dalam asam
Pengotor umum	Fe, Nb, Ta
Sifat lain	Sangat anisotropik
Referensi

Di antara semua kristal, rutil memiliki indeks bias tertinggi pada spektrum kasatmata serta menunjukkan birefringensi yang sangat besar dan dispersi yang tinggi. Akibat sifat-sifat tersebut, rutil digunakan dalam pembuatan elemen optik tertentu, terutama optik polarisasi untuk gelombang tampak yang panjang dan inframerah dengan panjang hingga 4,5 mikrometer. Rutil secara alamiah dapat mengandung hingga 10% zat besi dan kandungan niobium serta tantalum yang signifikan.

Nama rutil berasal dari bahasa Latin rutilus ('merah') yang mengacu pada warna merah tua yang dapat diamati pada beberapa spesimen bila dilihat dengan cahaya yang ditransmisikan. Rutil dideskripsikan pertama kali pada tahun 1803 oleh Abraham Gottlob Werner menggunakan spesimen yang diperoleh di Horcajuelo de la Sierra, Madrid, Spanyol.

Persebaran

Produksi rutil pada tahun 2005

Rutil adalah mineral aksesori umum pada batuan metamorf bersuhu dan bertekanan tinggi serta pada batuan beku.

Secara termodinamis, rutil adalah polimorf TiO₂ yang paling stabil pada semua suhu, menunjukkan energi bebas total yang lebih rendah dibandingkan fase metastabil anatase atau brookit. Akibatnya, transformasi dari polimorf TiO₂ yang metastabil menjadi rutil sifatnya satu arah dan tidak dapat dibalikkan. Karena memiliki volume molekuler terendah dari ketiga polimorf utama, rutil umumnya merupakan fase pembawa titanium utama pada batuan metamorf bertekanan tinggi, terutama eklogit.

Rutil di dalam kuarsa

Rutil adalah mineral aksesori yang umum ditemukan pada batuan beku plutonik, dan terkadang juga ditemukan pada batuan beku ekstrusif, khususnya seperti kimberlit dan lamproit yang bersumber mantel dalam. Anatase dan brookit dapat ditemukan di lingkungan batuan beku, khususnya sebagai produk perubahan autogenik selama proses pendinginan batuan plutonik; anatase juga ditemukan pada endapan placer yang bersumber dari rutil primer.

Rutil yang digiling

Kristal spesimen berukuran besar rutil paling sering ditemukan pada pegmatit, skarn, dan greisen granit. Rutil dapat ditemukan sebagai mineral aksesori pada beberapa batuan beku terubah, dan pada gneis dan sekis tertentu. Dalam bentukan kelompok kristal asikular, rutil sering ditemukan menembus kuarsa seperti pada fléches d'amour dari Graubünden, Swiss. Pada tahun 2005, Republik Sierra Leone di Afrika Barat memiliki kapasitas produksi sebesar 23% dari pasokan rutil anual sedunia, yang meningkat menjadi sekitar 30% pada tahun 2008.

Struktur kristal

Sel satuan rutil. Atom Ti berwarna abu-abu; atom O berwarna merah.

Struktur kristal rutil

Rutil memiliki sel satuan berbentuk tetragonal, dengan parameter sel satuan a = b = 4,584 Å, dan c = 2,953 A. Kation titanium memiliki bilangan koordinasi 6, artinya kation tersebut dikelilingi oleh bentukan berbentuk oktahedron yang terdiri dari 6 atom oksigen. Anion oksigen mempunyai bilangan koordinasi 3 sehingga menghasilkan koordinasi berbentuk trigonal planar. Rutil juga menunjukkan sumbu sekrup ketika oktahedranya dilihat secara berurutan. Ketika terbentuk dalam kondisi reduksi, kekosongan oksigen dapat terjadi. Hidrogen dapat memasuki celah ini, menjadi penghuni kekosongan secara individual (berpasangan sebagai ion hidrogen) atau menciptakan gugus hidroksida dengan oksigen yang berdekatan.

Kristal rutil paling sering menunjukkan kebiasaan pertumbuhan prismatik atau asikular dengan orientasi preferensial sepanjang sumbu c, arah [001]. Kebiasaan pertumbuhan ini "disukai" kristal rutil karena aspek-aspeknya yang menunjukkan energi bebas permukaan paling rendah, sehingga menjadi yang terstabil secara termodinamis. Pertumbuhan rutil yang berorientasi pada sumbu c tampak jelas pada batang nano, kawat nano, dan fenomena pertumbuhan butir abnormal dari fase ini.

Kegunaan

Kristal asikular rutil menonjol dari kristal kuarsa

Dalam jumlah yang cukup besar di pasir pantai, rutil menjadi sebuah komponen penting dalam endapan bijih dan mineral berat. Penambang mengekstrak dan memisahkan mineral-mineral berharga – misalnya rutil, zirkon, dan ilmenit. Kegunaan utama rutil adalah dalam pembuatan keramik tahan api, sebagai pigmen, dan untuk produksi logam titanium.

Digunakan dalam cat, plastik, kertas, makanan, dan aplikasi lain yang membutuhkan warna putih cerah, bubukan halus dari rutil adalah pigmen yang berwarna putih cemerlang. Di antara semua bentuk pengunaan titanium, pigmen titanium dioksida adalah bentuk penggunaan titanium terbesar di seluruh dunia. Partikel rutil berskala nano tampak transparan terhadap cahaya tampak namun sangat efektif dalam penyerapan radiasi ultraviolet. Partikel nano rutil juga mampu menyerap UV yang berenergi lebih tinggi dibandingkan rutil biasa karena mengalami pergeseran biru, sehingga digunakan dalam pembuatan tabir surya.

Jarum-jarum rutil kecil yang terdapat pada batu permata menyebabkan fenomena optik yang dikenal sebagai asterisme . Permata yang terasteriasi dikenal juga sebagai permata "bintang". Safir bintang, rubi bintang, dan permata bintang lainnya umumnya lebih berharga daripada permata biasa.

Rutil banyak digunakan sebagai penutup elektroda las. Rutil juga digunakan sebagai bagian dari indeks ZTR, yang mengklasifikasikan sedimen yang sangat lapuk.

Semikonduktor

Rutil, sebagai semikonduktor dengan celah pita yang besar, telah menjadi subjek penelitian signifikan untuk pengaplikasian dalam fotokatalisis dan magnet encer dalam beberapa dekade terakhir. Penelitian yang dilakukan biasanya menggunakan sejumlah kecil rutil sintetik daripada bahan turunan dari mineral.

Rutil sintetik

Rutil sintetik pertama kali diproduksi pada tahun 1948 dan dijual dengan berbagai nama. Rutil sintetik dapat diproduksi dari bijih titanium ilmenit melalui proses Becher. Rutil sintetik yang sangat murni terlihat transparan dan hampir tidak berwarna, namun agak kuning dalam potongan besar. Dengan melakukan doping, rutil sintetik dapat dibuat dalam berbagai warna. Indeks bias yang tinggi memberikan kilau yang tajam dan pembiasan yang kuat, menghasilkan penampakan seperti berlian, sehingga rutil sintetik yang transparan tak berwarna digunakan sebagai pengganti berlian yang dijual dengan nama "Titania", nama kimia kuno untuk oksida dari titanium ini. Namun, rutil jarang digunakan dalam perhiasan karena kekerasan dan ketahan goresnya yang rendah, hanya bernilai sekitar 6 dalam skala kekerasan Mohs.

Akibat meningkatnya minat penelitian terhadap aktivitas fotokatalitik titanium dioksida baik dalam fase anatase maupun rutil (serta campuran bifasik dari kedua fase tersebut), TiO₂ rutil dalam bentuk bubuk dan film tipis sering dibuat di laboratorium melalui rute berbasis larutan yang menggunakan prekursor anorganik (biasanya TiCl₄) atau prekursor organologam (biasanya alkoksida seperti titanium isopropoksida, juga dikenal sebagai TTIP). Tergantung pada kondisi sintesis, fase pertama yang mengkristal mungkin adalah fase anatase metastabil, yang kemudian dapat diubah menjadi fase kesetimbangan rutil melalui perlakuan termal. Sifat fisik rutil sering kali dimodifikasi menggunakan dopan untuk meningkatkan aktivitas fotokatalitik melalui peningkatan pemisahan pembawa muatan yang dihasilkan foto, perubahan struktur pita elektronik, dan peningkatan reaktivitas permukaan.

Lihat pula

• Daftar mineral

Pranala luar

•  "Rutile". Encyclopedia Americana. 1920.