แมกนีไทต์

แมกนีไทต์

บทความ

พูดคุย

ภาษา

ดาวน์โหลดเป็น PDF

เฝ้าดู

แก้ไข

บทความนี้เกี่ยวกับแร่แมกนีไทต์ที่พบในแหล่งแร่ธรรมชาติ สำหรับการใช้ประโยชน์อื่น ๆ ดูที่ ไอเอิร์น(II,III) ออกไซด์

อย่าสับสนกับ แมกนีไซต์ หรือ แมงกาไนต์

แมกนีไทต์ (Magnetite) เป็นแร่ชนิดหนึ่งและเป็นหนึ่งในสินแร่เหล็กที่สำคัญ มีสูตรเคมีคือ Fe²⁺Fe³⁺₂O₄ จัดอยู่ในกลุ่มออกไซด์ของเหล็ก และมีสมบัติเฟอร์ริแมกเนติก (ferrimagnetic)[6] มันถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กและสามารถทำให้เป็นแม่เหล็กเพื่อกลายเป็นแม่เหล็กถาวรได้ด้วยตัวเอง[7][8] ยกเว้นแหล่งแร่เหล็กธรรมชาติ (native iron) ซึ่งพบได้ยากยิ่ง แมกนีไทต์เป็นแร่ที่มีสมบัติทางแม่เหล็กมากที่สุดในบรรดาแร่ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติทั้งหมดบนโลก[7][9] ชิ้นส่วนของแมกนีไทต์ที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กโดยธรรมชาติ เรียกว่า หินแม่เหล็ก (lodestone) จะดูดเศษเหล็กชิ้นเล็ก ๆ ได้ ซึ่งเป็นวิธีที่คนโบราณค้นพบสมบัติความเป็นแม่เหล็กเป็นครั้งแรก[10]

แมกนีไทต์

ภาพ: แมกนีไทต์จากโบลิเวีย

ข้อมูลทั่วไป

หมวดหมู่: แร่ออกไซด์, กลุ่มสปิเนล, กลุ่มโครงสร้างสปิเนล

สูตรเคมี: ไอเอิร์น(II,III) ออกไซด์, Fe²⁺Fe³⁺₂O₄

สัญลักษณ์ IMA: Mag[1]

การจำแนกแบบ Strunz: 4.BB.05

ระบบผลึก: ไอโซเมตริก (Isometric)

ชั้นผลึก: เฮกซอกทาฮีดรัล (Hexoctahedral) (m3m)

สัญลักษณ์ H-M: (4/m 3 2/m)

หมู่ปริภูมิ (Space group): Fd3m (no. 227)

หน่วยเซลล์ (Unit cell): a = 8.397 Å; Z = 8

ลักษณะเฉพาะ

สี: ดำ, เทาพร้อมโทนสีน้ำตาลเมื่อสะท้อนแสงอาทิตย์

สัณฐานผลึก (Crystal habit): แบบแปดหน้า (Octahedral), เม็ดละเอียดไปจนถึงเนื้อแน่น (massive)

การเกิดแฝด (Twinning): บนระนาบ {111} เป็นทั้งระนาบแฝดและระนาบประกอบ ตามกฎสปิเนล เป็นแฝดแบบสัมผัส (contact twins)

แนวแตกเรียบ (Cleavage): ไม่ชัดเจน มีรอยแยก (parting) บน {111} ดีมาก

รอยแตก (Fracture): ไม่สม่ำเสมอ (Uneven)

ความเหนียว (Tenacity): เปราะ

ความแข็งตามสเกลโมห์ส (Mohs scale hardness): 5.5–6.5

ความวาว (Luster): แบบโลหะ (Metallic)

สีผงละเอียด (Streak): ดำ

ความโปร่ง (Diaphaneity): ทึบแสง (Opaque)

ความถ่วงจำเพาะ (Specific gravity): 5.17–5.18

ความหนาแน่น (Density): 5 g/cm³

การละลาย: ละลายช้าในกรดไฮโดรคลอริก

อ้างอิง: [2][3][4][5]

ชนิดพันธุ์หลัก

หินแม่เหล็ก (Lodestone): เป็นแม่เหล็กและมีขั้วเหนือใต้ที่แน่นอน

ภาพ: แมกนีไทต์เป็นหนึ่งในแร่ไม่กี่ชนิดที่มีสมบัติเฟอร์ริแมกเนติก มันถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กดังที่แสดงไว้ที่นี่

ภาพ: หน่วยเซลล์ของแมกนีไทต์ ทรงกลมสีเทาคือออกซิเจน สีเขียวคือเหล็กไดวาเลนต์ สีน้ำเงินคือเหล็กไตรวาเลนต์ นอกจากนี้ยังแสดงอะตอมเหล็กในที่ว่างแปดหน้า (สีฟ้าอ่อน) และอีกอะตอมในที่ว่างสี่หน้า (สีเทา)

แมกนีไทต์มีสีดำหรือน้ำตาลอมดำพร้อมความวาวแบบโลหะ มีความแข็งตามสเกลโมห์ส 5–6 และให้สีผงละเอียดสีดำ[7] เม็ดแมกนีไทต์ขนาดเล็กพบได้ทั่วไปในหินอัคนีและหินแปร[11]

ชื่อทางเคมีตาม IUPAC คือ ไอเอิร์น(II,III) ออกไซด์ และชื่อทางเคมีทั่วไปคือ เฟอร์รัส-เฟอร์ริก ออกไซด์ (ferrous-ferric oxide)[12]

สมบัติ

นอกจากในหินอัคนีแล้ว แมกนีไทต์ยังพบในหินตะกอน รวมถึงชั้นหินเหล็กแถบ (banded iron formations) และในตะกอนทะเลสาบและทะเล ทั้งในรูปเม็ดตะกอนที่ถูกพัดพามา (detrital grains) และในรูปซากดึกดำบรรพ์แม่เหล็ก (magnetofossils) อนุภาคนาโนแมกนีไทต์ยังเชื่อกันว่าเกิดขึ้นในดิน ซึ่งพวกมันอาจถูกออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วกลายเป็นแมกฮีไมต์ (maghemite)[13]

โครงสร้างผลึก

องค์ประกอบทางเคมีของแมกนีไทต์คือ Fe²⁺(Fe³⁺)₂(O²⁻)₄ นี่บ่งชี้ว่าแมกนีไทต์ประกอบด้วยทั้งเหล็กเฟอร์รัส (ไดวาเลนต์) และเหล็กเฟอร์ริก (ไตรวาเลนต์) ซึ่งบ่งบอกถึงการตกผลึกในสภาพแวดล้อมที่มีระดับออกซิเจนปานกลาง[14][15] รายละเอียดหลักของโครงสร้างถูกกำหนดขึ้นในปี ค.ศ. 1915 มันเป็นหนึ่งในโครงสร้างผลึกแรก ๆ ที่ได้จากการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ มันมีโครงสร้างแบบสปิเนลผกผัน (inverse spinel) โดยมีไอออน O²⁻ ก่อตัวเป็นแลตทิซแบบเฟซเซ็นเตอร์คิวบิก (face-centered cubic) และไอออนบวกของเหล็กเข้าไปอยู่ในช่องว่างระหว่างโครง (interstitial sites) ครึ่งหนึ่งของไอออนบวก Fe³⁺ อยู่ในตำแหน่งทรงสี่หน้า (tetrahedral sites) ในขณะที่อีกครึ่งหนึ่งพร้อมกับไอออนบวก Fe²⁺ อยู่ในตำแหน่งทรงแปดหน้า (octahedral sites) หน่วยเซลล์ประกอบด้วยไอออน O²⁻ จำนวนสามสิบสองไอออน และความยาวหน่วยเซลล์คือ a = 0.839 nm[15][16]

ในฐานะสมาชิกของกลุ่มสปิเนลผกผัน แมกนีไทต์สามารถเกิดเป็นสารละลายของแข็ง (solid solutions) กับแร่ที่มีโครงสร้างคล้ายกันได้ รวมถึงอัลโวสปิเนล (ulvospinel, Fe₂TiO₄) และแมกนีซิโอเฟอร์ไรต์ (magnesioferrite, MgFe₂O₄)[17]

ไททาโนแมกนีไทต์ (Titanomagnetite) หรือที่รู้จักในชื่อ ไททาไนเฟอรัส แมกนีไทต์ (titaniferous magnetite) เป็นสารละลายของแข็งระหว่างแมกนีไทต์และอัลโวสปิเนลที่ตกผลึกในหินอัคนีสีเข้ม (mafic igneous rocks) หลายชนิด ไททาโนแมกนีไทต์อาจเกิดกระบวนการออกซี-เอ็กซ์โซลูชัน (oxy-exsolution) ในระหว่างการเย็นตัว ทำให้เกิดการแทรกสลับของแมกนีไทต์และอิลเมไนต์ (ilmenite)[17]

สัณฐานและขนาดของผลึก

แมกนีไทต์ที่เกิดตามธรรมชาติและสังเคราะห์ขึ้น ส่วนใหญ่มักพบในรูปผลึกแปดหน้า (octahedral) ที่ล้อมรอบด้วยระนาบ {111} และรูปทรงสิบสองหน้าแบบรอมบิก (rhombic-dodecahedra)[15] การเกิดผลึกแฝดเกิดขึ้นบนระนาบ {111}[3]

การสังเคราะห์ด้วยวิธีไฮโดรเทอร์มอล (Hydrothermal synthesis) มักจะได้ผลึกเดี่ยวรูปแปดหน้าซึ่งอาจมีขนาดใหญ่ถึง 10 มิลลิเมตร (3⁄8 นิ้ว)[15] เมื่อมีตัวเร่งการตกผลึก (mineralizers) เช่น 0.1 M HI หรือ 2 M NH₄Cl และที่ความดัน 0.207 MPa ที่อุณหภูมิ 416–800 °C แมกนีไทต์จะเติบโตเป็นผลึกที่มีรูปร่างผสมผสานของรูปทรงสิบสองหน้าแบบรอมบิก[15] ผลึกจะมีความมนกลมมากกว่าปกติ การปรากฏของรูปทรงขั้นสูงถูกพิจารณาว่าเป็นผลมาจากการลดลงของพลังงานพื้นผิวซึ่งเกิดจากอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรที่ต่ำลงในผลึกทรงมน[15]

ปฏิกิริยา

แมกนีไทต์มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจสภาวะที่หินก่อตัวขึ้น แมกนีไทต์ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อผลิตฮีมาไทต์ (hematite) และคู่แร่นี้จะก่อตัวเป็นบัฟเฟอร์ที่สามารถควบคุมความสามารถในการออกซิไดซ์ของสภาพแวดล้อมได้ (ฟิวจาซิตีของออกซิเจน) บัฟเฟอร์นี้รู้จักกันในชื่อ บัฟเฟอร์ฮีมาไทต์-แมกนีไทต์ หรือ HM buffer ที่ระดับออกซิเจนต่ำลง แมกนีไทต์สามารถก่อตัวเป็นบัฟเฟอร์กับควอตซ์และฟายาไลต์ (fayalite) ที่รู้จักกันในชื่อ บัฟเฟอร์ QFM ที่ระดับออกซิเจนต่ำลงไปอีก แมกนีไทต์จะก่อตัวเป็นบัฟเฟอร์กับวูสไทต์ (wüstite) ที่รู้จักกันในชื่อ บัฟเฟอร์ MW บัฟเฟอร์ QFM และ MW ถูกใช้อย่างกว้างขวางในการทดลองในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับเคมีของหิน โดยเฉพาะอย่างยิ่งบัฟเฟอร์ QFM ให้ค่าฟิวจาซิตีของออกซิเจนใกล้เคียงกับหินอัคนีส่วนใหญ่[18][19]

โดยทั่วไปแล้ว หินอัคนีประกอบด้วยสารละลายของแข็งของทั้งไททาโนแมกนีไทต์และฮีโมอิลเมไนต์ (hemoilmenite) หรือไททาโนฮีมาไทต์ (titanohematite) องค์ประกอบของคู่แร่เหล่านี้ถูกใช้ในการคำนวณค่าฟิวจาซิตีของออกซิเจน: ช่วงของสภาวะออกซิไดซ์ที่พบในหินหนืด (magmas) และสถานะออกซิเดชันช่วยกำหนดว่าหินหนืดอาจวิวัฒนาการไปอย่างไรโดยการตกผลึกแยกส่วน (fractional crystallization)[20] แมกนีไทต์ยังถูกผลิตขึ้นจากหินเพอริโดไทต์ (peridotites) และดูไนต์ (dunites) โดยกระบวนการเซอร์เพนทิไนเซชัน (serpentinization)[21]

สมบัติทางแม่เหล็ก

หินแม่เหล็ก (Lodestones) ถูกใช้เป็นเข็มทิศแม่เหล็กในรูปแบบแรกเริ่ม แมกนีไทต์เป็นเครื่องมือสำคัญในวิชาบรรพแม่เหล็ก (paleomagnetism) ซึ่งเป็นวิทยาศาสตร์สำคัญในการทำความเข้าใจการแปรสัณฐานแผ่นธรณีภาค (plate tectonics) และเป็นข้อมูลทางประวัติศาสตร์สำหรับวิชาแมกนีโตไฮโดรไดนามิกส์ (magnetohydrodynamics) และสาขาวิทยาศาสตร์อื่น ๆ[22]

ความสัมพันธ์ระหว่างแมกนีไทต์กับแร่เหล็กออกไซด์อื่น ๆ เช่น อิลเมไนต์ ฮีมาไทต์ และอัลโวสปิเนล ได้รับการศึกษาอย่างมาก ปฏิกิริยาระหว่างแร่เหล่านี้กับออกซิเจนมีอิทธิพลต่อวิธีการและเวลาที่แมกนีไทต์จะรักษาบันทึกของสนามแม่เหล็กโลกไว้[23]

ที่อุณหภูมิต่ำ แมกนีไทต์จะเกิดการเปลี่ยนเฟสของโครงสร้างผลึกจากโครงสร้างโมโนคลินิก (monoclinic) ไปเป็นโครงสร้างคิวบิก (cubic) ที่รู้จักกันในชื่อ การเปลี่ยนสภาพเวอร์เวย์ (Verwey transition) การศึกษาทางแสงแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนสภาพจากโลหะไปเป็นฉนวนนี้เกิดขึ้นอย่างฉับพลันและเกิดที่ประมาณ 120 K[24] การเปลี่ยนสภาพเวอร์เวย์ขึ้นอยู่กับขนาดเกรน สถานะโดเมน ความดัน[25] และสัดส่วนสัมพันธ์ทางเคมีระหว่างเหล็กกับออกซิเจน (stoichiometry)[26] จุดไอโซทรอปิก (isotropic point) ยังเกิดขึ้นใกล้กับการเปลี่ยนสภาพเวอร์เวย์ที่ประมาณ 130 K ณ จุดนั้น เครื่องหมายของค่าคงที่แอนไอโซทรอปีเชิงผลึกแม่เหล็ก (magnetocrystalline anisotropy constant) จะเปลี่ยนจากบวกเป็นลบ[27] อุณหภูมิคูรี (Curie temperature) ของแมกนีไทต์คือ 580 °C (853 K; 1,076 °F)[28]

หากมีแมกนีไทต์ในปริมาณมากเพียงพอ มันสามารถถูกตรวจพบได้ในการสำรวจทางอากาศด้วยแม่เหล็ก (aeromagnetic surveys) โดยใช้แมกนีโทมิเตอร์ (magnetometer) ซึ่งวัดความเข้มของสนามแม่เหล็ก[29]

จุดหลอมเหลว

ดูเพิ่มเติม: ไอเอิร์น(II,III) ออกไซด์ § สมบัติ

อนุภาคของแข็งแมกนีไทต์หลอมเหลวที่ประมาณ 1,583–1,597 °C (2,881–2,907 °F)[30][31]: 794 

การกระจายตัวของแหล่งแร่

ภาพ: แมกนีไทต์และแร่หนักอื่น ๆ (สีเข้ม) ในทรายชายหาดที่เป็นควอตซ์ (เจนไน, อินเดีย)

บางครั้งพบแมกนีไทต์ในปริมาณมากในทรายชายหาด ทรายสีดำเช่นนี้ (ทรายแร่ หรือทรายเหล็ก) พบได้ในหลายสถานที่ เช่น ลุงกวูทานในฮ่องกง แคลิฟอร์เนีย สหรัฐอเมริกา และชายฝั่งตะวันตกของเกาะเหนือของนิวซีแลนด์[32] แมกนีไทต์ที่ถูกกัดเซาะจากหิน จะถูกพัดพามายังชายหาดโดยแม่น้ำและถูกทำให้เข้มข้นขึ้นโดยการกระทำของคลื่นและกระแสน้ำ แหล่งแร่ขนาดใหญ่ถูกค้นพบในชั้นหินเหล็กแถบ[33][34] หินตะกอนเหล่านี้ถูกใช้เพื่ออนุมานการเปลี่ยนแปลงของปริมาณออกซิเจนในชั้นบรรยากาศของโลก[35]

แหล่งแมกนีไทต์ขนาดใหญ่ยังพบได้ในภูมิภาคอาตากามาของชิลี (แนวแร่เหล็กชิลี)[36] ภูมิภาคบาเลนไตเนสของอุรุกวัย[37] คิรูนา สวีเดน[38] พื้นที่ทัลลาวังในนิวเซาท์เวลส์[39] และในเทือกเขาแอดิรอนแด็กของนิวยอร์กในสหรัฐอเมริกา[40] เขากาดีแอต เอจ จิลล์ ภูเขาที่สูงที่สุดของมอริเตเนีย ประกอบด้วยแร่ชนิดนี้ทั้งหมด[41] ในเขตเทศบาลโมลินาเซกา อัลบาเรส และราบานัล เดล กามิโน ในจังหวัดเลออน (สเปน) มีแหล่งแร่แมกนีไทต์ในชั้นหินยุคออร์โดวิเชียน ซึ่งถือเป็นหนึ่งในแหล่งที่ใหญ่ที่สุดในยุโรป มันถูกทำเหมืองระหว่างปี 1955 ถึง 1982[42] นอกจากนี้ยังพบแหล่งแร่ในนอร์เวย์ โรมาเนีย และยูเครน[43] เนินทรายที่อุดมด้วยแมกนีไทต์พบได้ทางตอนใต้ของเปรู[44] ในปี 2005 บริษัทสำรวจแห่งหนึ่งชื่อ Cardero Resources ได้ค้นพบแหล่งเนินทรายที่มีแมกนีไทต์จำนวนมหาศาลในเปรู ทุ่งเนินทรายครอบคลุมพื้นที่ 250 ตารางกิโลเมตร (100 ตารางไมล์) โดยเนินทรายที่สูงที่สุดอยู่ที่มากกว่า 2,000 เมตร (6,560 ฟุต) เหนือพื้นทะเลทราย ทรายประกอบด้วยแมกนีไทต์ 10%[45]

ในปริมาณที่มากพอ แมกนีไทต์สามารถส่งผลต่อการเดินเรือด้วยเข็มทิศได้ ในแทสเมเนียมีหลายพื้นที่ที่มีหินซึ่งมีสมบัติแม่เหล็กสูง ซึ่งสามารถรบกวนเข็มทิศได้อย่างมาก จำเป็นต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติมและการสังเกตซ้ำเมื่อใช้เข็มทิศในแทสเมเนียเพื่อลดปัญหาการเดินเรือให้น้อยที่สุด[46]

ผลึกแมกนีไทต์ที่มีสัณฐานแบบลูกบาศก์นั้นหายาก แต่เคยพบที่แบลแมต เทศมณฑลเซนต์ลอว์เรนซ์ นิวยอร์ก[47][48] และที่ลองบาน สวีเดน[49] สัณฐานแบบนี้อาจเป็นผลมาจากการตกผลึกในสภาวะที่มีไอออนบวก เช่น สังกะสี อยู่ด้วย[50]

แมกนีไทต์ยังสามารถพบได้ในซากดึกดำบรรพ์อันเนื่องมาจากกระบวนการไบโอมิเนอรัลไลเซชัน (biomineralization) และถูกเรียกว่า แมกนีโตฟอสซิล (magnetofossils)[51] นอกจากนี้ยังมีกรณีของแมกนีไทต์ที่มีต้นกำเนิดจากอวกาศซึ่งมาจากอุกกาบาต[52]

การปรากฏในสิ่งมีชีวิต

ชีวแม่เหล็ก (Biomagnetism) มักเกี่ยวข้องกับการมีอยู่ของผลึกแมกนีไทต์ที่เกิดจากสิ่งมีชีวิต ซึ่งพบได้อย่างกว้างขวางในสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ[53] สิ่งมีชีวิตเหล่านี้มีตั้งแต่แบคทีเรียที่เคลื่อนที่ตามสนามแม่เหล็ก (magnetotactic bacteria) (เช่น Magnetospirillum magnetotacticum) ไปจนถึงสัตว์ รวมถึงมนุษย์ ซึ่งพบผลึกแมกนีไทต์ (และสารประกอบที่ไวต่อแม่เหล็กอื่น ๆ) ในอวัยวะต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับสปีชีส์[54][55] แมกนีไทต์ที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตอธิบายถึงผลกระทบของสนามแม่เหล็กอ่อน ๆ ต่อระบบชีวภาพ[56] นอกจากนี้ยังมีพื้นฐานทางเคมีสำหรับความไวของเซลล์ต่อสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก (galvanotaxis)[57]

ภาพ: แมกนีโตโซม (magnetosomes) ที่เป็นแมกนีไทต์ในแบคทีเรียกลุ่มแกมมาโปรทีโอแบคทีเรีย

อนุภาคแมกนีไทต์บริสุทธิ์ถูกสร้างขึ้นโดยกระบวนการไบโอมิเนอรัลไลเซชันในแมกนีโตโซม ซึ่งผลิตโดยแบคทีเรียที่เคลื่อนที่ตามสนามแม่เหล็กหลายสปีชีส์ แมกนีโตโซมประกอบด้วยสายโซ่ยาวของอนุภาคแมกนีไทต์ที่เรียงตัวกัน ซึ่งแบคทีเรียใช้ในการนำทาง หลังจากแบคทีเรียเหล่านี้ตายลง อนุภาคแมกนีไทต์ในแมกนีโตโซมอาจถูกเก็บรักษาไว้ในตะกอนในรูปของแมกนีโตฟอสซิล แบคทีเรียไร้ออกซิเจนบางชนิดที่ไม่ได้เคลื่อนที่ตามสนามแม่เหล็กก็สามารถสร้างแมกนีไทต์ในตะกอนที่ปราศจากออกซิเจนได้ โดยการรีดิวซ์เฟอร์ริกออกไซด์อสัณฐานให้กลายเป็นแมกนีไทต์[58]

นกหลายสปีชีส์เป็นที่ทราบกันว่ามีการฝังผลึกแมกนีไทต์ไว้ในจะงอยปากส่วนบนเพื่อการรับรู้สนามแม่เหล็ก (magnetoreception)[59] ซึ่ง (ร่วมกับคริปโตโครมในเรตินา) ทำให้นกสามารถรับรู้ทิศทาง ขั้ว และขนาดของสนามแม่เหล็กโดยรอบได้[54][60]

ลิ่นทะเล (Chitons) ซึ่งเป็นหอยชนิดหนึ่ง มีโครงสร้างคล้ายลิ้นที่เรียกว่า แรดูลา (radula) ปกคลุมด้วยฟันที่เคลือบด้วยแมกนีไทต์ หรือเดนติเคิล (denticles)[61] ความแข็งของแมกนีไทต์ช่วยในการบดอาหาร

แมกนีไทต์จากสิ่งมีชีวิตอาจเก็บบันทึกข้อมูลเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กที่สิ่งมีชีวิตนั้นเคยสัมผัส ซึ่งอาจทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเรียนรู้เกี่ยวกับการอพยพของสิ่งมีชีวิต หรือเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกในช่วงเวลาต่าง ๆ ได้[62]

สมองมนุษย์

ดูเพิ่มเติม: ฝุ่นละออง § อันตรายทางปัญญาและสุขภาพจิต

สิ่งมีชีวิตสามารถผลิตแมกนีไทต์ได้[55] ในมนุษย์ พบแมกนีไทต์ได้ในหลายส่วนของสมอง รวมถึงสมองกลีบหน้า กลีบข้าง กลีบท้ายทอย และกลีบขมับ ก้านสมอง ซีรีเบลลัม และปมประสาทฐาน (basal ganglia)[55][63] เหล็กสามารถพบได้ในสามรูปแบบในสมอง ได้แก่ แมกนีไทต์ ฮีโมโกลบิน (ในเลือด) และเฟอร์ริติน (โปรตีน) และพื้นที่ของสมองที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของกล้ามเนื้อโดยทั่วไปจะมีธาตุเหล็กมากกว่า[63][64] แมกนีไทต์สามารถพบได้ในฮิปโปแคมปัส ฮิปโปแคมปัสเกี่ยวข้องกับการประมวลผลข้อมูล โดยเฉพาะการเรียนรู้และความจำ[63] อย่างไรก็ตาม แมกนีไทต์สามารถมีพิษได้เนื่องจากประจุหรือธรรมชาติทางแม่เหล็ก และการมีส่วนร่วมในความเครียดออกซิเดชัน (oxidative stress) หรือการผลิตอนุมูลอิสระ[65] งานวิจัยชี้ให้เห็นว่าแผ่นบีตา-อะไมลอยด์ (beta-amyloid plaques) และโปรตีนเทา (tau proteins) ที่เกี่ยวข้องกับโรคความเสื่อมของระบบประสาท มักเกิดขึ้นหลังจากความเครียดออกซิเดชันและการสะสมของธาตุเหล็ก[63]

นักวิจัยบางส่วนยังเสนอว่ามนุษย์มีสัมผัสทางแม่เหล็ก[66] โดยเสนอว่าสิ่งนี้อาจช่วยให้บางคนสามารถใช้การรับรู้สนามแม่เหล็กเพื่อการนำทางได้[67] บทบาทของแมกนีไทต์ในสมองยังไม่เป็นที่เข้าใจดีนัก และมีความล่าช้าโดยทั่วไปในการประยุกต์ใช้เทคนิคสมัยใหม่แบบสหวิทยาการในการศึกษาชีวแม่เหล็ก[68]

ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของตัวอย่างเนื้อเยื่อสมองมนุษย์สามารถแยกความแตกต่างระหว่างแมกนีไทต์ที่ผลิตโดยเซลล์ของร่างกายเองกับแมกนีไทต์ที่ดูดซับจากมลพิษในอากาศ รูปแบบธรรมชาติจะมีลักษณะขรุขระและเป็นผลึก ในขณะที่แมกนีไทต์จากมลพิษเกิดขึ้นเป็นอนุภาคนาโนทรงกลม แมกนีไทต์ในอากาศซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ เป็นผลมาจากมลพิษ (โดยเฉพาะการเผาไหม้) อนุภาคนาโนเหล่านี้สามารถเดินทางไปยังสมองผ่านทางเส้นประสาทรับกลิ่น เพิ่มความเข้มข้นของแมกนีไทต์ในสมอง[63][65] ในตัวอย่างสมองบางส่วน อนุภาคนาโนจากมลพิษมีจำนวนมากกว่าอนุภาคธรรมชาติในอัตราส่วนมากถึง 100:1 และอนุภาคแมกนีไทต์ที่มาจากมลพิษดังกล่าวอาจเชื่อมโยงกับความเสื่อมของระบบประสาทที่ผิดปกติ ในการศึกษาหนึ่ง พบอนุภาคนาโนที่มีลักษณะเฉพาะดังกล่าวในสมองของคน 37 คน: 29 คนในจำนวนนี้ อายุระหว่าง 3 ถึง 85 ปี อาศัยและเสียชีวิตในเม็กซิโกซิตี ซึ่งเป็นจุดที่มีมลพิษทางอากาศสูงอย่างมีนัยสำคัญ อีกแปดคนที่เหลือ อายุระหว่าง 62 ถึง 92 ปี จากแมนเชสเตอร์ ประเทศอังกฤษ เสียชีวิตด้วยโรคความเสื่อมของระบบประสาทที่มีความรุนแรงแตกต่างกันไป[69] อนุภาคดังกล่าวอาจมีส่วนทำให้เกิดโรคอย่างโรคอัลไซเมอร์ได้[70] แม้ว่าความเชื่อมโยงเชิงสาเหตุจะยังไม่ได้รับการพิสูจน์ แต่การศึกษาในห้องปฏิบัติการชี้ให้เห็นว่าเหล็กออกไซด์ เช่น แมกนีไทต์ เป็นส่วนประกอบของแผ่นโปรตีนในสมอง แผ่นดังกล่าวเชื่อมโยงกับโรคอัลไซเมอร์[71]

พบระดับธาตุเหล็กที่เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะเหล็กที่มีสมบัติแม่เหล็ก ในบางส่วนของสมองในผู้ป่วยอัลไซเมอร์[72] การติดตามการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของธาตุเหล็กอาจทำให้สามารถตรวจพบการสูญเสียเซลล์ประสาทและการพัฒนาของโรคความเสื่อมของระบบประสาทก่อนที่จะเริ่มมีอาการ[64][72] เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างแมกนีไทต์และเฟอร์ริติน[63] ในเนื้อเยื่อ แมกนีไทต์และเฟอร์ริตินสามารถผลิตสนามแม่เหล็กขนาดเล็กซึ่งจะมีปฏิสัมพันธ์กับการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) ทำให้เกิดความเปรียบต่างของภาพ[72] ผู้ป่วยโรคฮันติงตันไม่ได้แสดงระดับแมกนีไทต์ที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม พบระดับที่สูงในหนูทดลองที่ใช้ในการศึกษา[63]

การประยุกต์ใช้

เนื่องจากมีปริมาณเหล็กสูง แมกนีไทต์จึงเป็นสินแร่เหล็กที่สำคัญมาช้านาน[73] มันถูกรีดิวซ์ในเตาถลุงเหล็กเพื่อผลิตเหล็กดิบหรือเหล็กพรุน (sponge iron) สำหรับการแปรรูปเป็นเหล็กกล้า[74]

การบันทึกด้วยแม่เหล็ก

การบันทึกเสียงโดยใช้เทปอะซีเตตแม่เหล็กถูกพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ 1930 เครื่องแมกนีโตฟอนของเยอรมันในยุคแรกใช้ผงแมกนีไทต์ที่ BASF เคลือบลงบนเซลลูโลสอะซีเตต ก่อนที่จะเปลี่ยนไปใช้แกมมาเฟอร์ริกออกไซด์ในไม่ช้าเนื่องจากมีสัณฐานที่เหนือกว่า[75] หลังสงครามโลกครั้งที่สอง บริษัท 3M ยังคงทำงานต่อยอดจากการออกแบบของเยอรมัน ในปี 1946 นักวิจัยของ 3M พบว่าพวกเขายังสามารถปรับปรุงเทปกระดาษที่ใช้แมกนีไทต์ของตนเอง ซึ่งใช้ผงผลึกรูปลูกบาศก์ ได้โดยการแทนที่แมกนีไทต์ด้วยอนุภาครูปเข็มของแกมมาเฟอร์ริกออกไซด์ (γ-Fe₂O₃)[75]

ตัวเร่งปฏิกิริยา

ประมาณ 2–3% ของงบประมาณพลังงานโลกถูกจัดสรรให้กับกระบวนการฮาเบอร์สำหรับการตรึงไนโตรเจน ซึ่งต้องพึ่งพาตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้มาจากแมกนีไทต์ ตัวเร่งปฏิกิริยาอุตสาหกรรมได้มาจากผงเหล็กละเอียด ซึ่งโดยปกติได้มาจากการรีดิวซ์แมกนีไทต์ความบริสุทธิ์สูง ผงโลหะเหล็กจะถูกเผา (ออกซิไดซ์) เพื่อให้ได้แมกนีไทต์หรือวูสไทต์ที่มีขนาดอนุภาคตามที่กำหนด จากนั้นอนุภาคแมกนีไทต์ (หรือวูสไทต์) จะถูกรีดิวซ์บางส่วน เพื่อกำจัดออกซิเจนบางส่วนในกระบวนการ อนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาที่ได้จะประกอบด้วยแกนกลางของแมกนีไทต์ ห่อหุ้มด้วยเปลือกของวูสไทต์ ซึ่งถูกห่อหุ้มอีกชั้นด้วยเปลือกนอกของโลหะเหล็ก ตัวเร่งปฏิกิริยาจะคงปริมาตรโดยรวมส่วนใหญ่ไว้ในระหว่างการรีดิวซ์ ทำให้ได้วัสดุที่มีรูพรุนสูงและพื้นที่ผิวมาก ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา[76][77]

อนุภาคนาโนแมกนีไทต์

อนุภาคขนาดไมโครและนาโนของแมกนีไทต์ถูกใช้ในหลากหลายการประยุกต์ใช้ ตั้งแต่ทางชีวการแพทย์ไปจนถึงสิ่งแวดล้อม หนึ่งในการใช้งานคือการทำน้ำให้บริสุทธิ์: ในการแยกด้วยแม่เหล็กเกรเดียนต์สูง (high gradient magnetic separation) อนุภาคนาโนแมกนีไทต์ที่ใส่ลงในน้ำที่ปนเปื้อนจะจับกับอนุภาคแขวนลอย (เช่น ของแข็ง แบคทีเรีย หรือแพลงก์ตอน) และตกตะกอนลงสู่ก้นภาชนะ ทำให้สามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกไปได้ และอนุภาคแมกนีไทต์สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้[78] วิธีนี้ใช้ได้ผลกับอนุภาคกัมมันตรังสีและสารก่อมะเร็งเช่นกัน ทำให้เป็นเครื่องมือทำความสะอาดที่สำคัญในกรณีที่มีโลหะหนักปนเปื้อนในระบบน้ำ[79]

อีกหนึ่งการประยุกต์ใช้ของอนุภาคนาโนแม่เหล็กคือในการสร้างเฟอร์โรฟลูอิด (ferrofluids) ซึ่งถูกใช้ในหลายรูปแบบ เฟอร์โรฟลูอิดสามารถใช้สำหรับการนำส่งยาแบบจำเพาะเจาะจงในร่างกายมนุษย์[78] การทำให้เป็นแม่เหล็กของอนุภาคที่จับกับโมเลกุลยาทำให้สามารถ "ลาก" สารละลายด้วยแม่เหล็กไปยังบริเวณที่ต้องการของร่างกายได้ วิธีนี้จะช่วยให้การรักษาเฉพาะพื้นที่เล็ก ๆ ของร่างกาย แทนที่จะรักษาทั่วทั้งร่างกาย และอาจมีประโยชน์อย่างยิ่งในการรักษามะเร็ง เป็นต้น เฟอร์โรฟลูอิดยังถูกใช้ในเทคโนโลยีการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) อีกด้วย[80]

อุตสาหกรรมเหมืองถ่านหิน

สำหรับการแยกถ่านหินออกจากเศษหิน จะใช้การแช่ในอ่างตัวกลางที่มีความหนาแน่นสูง เทคนิคนี้อาศัยความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างถ่านหิน (1.3–1.4 ตันต่อ ลบ.ม.) และหินดินดาน (2.2–2.4 ตันต่อ ลบ.ม.) ในตัวกลางที่มีความหนาแน่นระหว่างกลาง (น้ำผสมแมกนีไทต์) หินจะจมและถ่านหินจะลอย[81]

แมกนีทีน (Magnetene)

แมกนีทีนเป็นแผ่นแบนสองมิติของแมกนีไทต์ที่มีคุณสมบัติแรงเสียดทานต่ำมากเป็นพิเศษ[82]

แกลเลอรี

ภาพ: ผลึกแมกนีไทต์รูปแปดหน้าขนาดใหญ่สุดถึง 1.8 ซม. บนผลึกเฟลด์สปาร์สีครีม แหล่งที่พบ: เซร์โร อัวญากีโน แคว้นโปโตซี โบลิเวีย

ภาพ: ผลึกแมกนีไทต์ที่มีพื้นผิวหน้าเรียบนูนแบบอิพิแทกเซียล

ภาพ: แมกนีไทต์ในเนื้อพื้นหินคาลโคไพไรต์ที่ตัดกัน

ภาพ: แมกนีไทต์ที่มีสัณฐานผลึกลูกบาศก์ซึ่งหายาก จากเทศมณฑลเซนต์ลอว์เรนซ์ นิวยอร์ก

ดูเพิ่มเติม

การบลูอิง (เหล็กกล้า) – กระบวนการที่เหล็กกล้าถูกป้องกันสนิมบางส่วนด้วยชั้นแมกนีไทต์

เขตสินแร่เหล็กบัวเอนาวิสตา

ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน

เฟอร์ไรต์

ไกรไกต์

แมกนีเซีย (ในส่วนผสมธรรมชาติกับแมกนีไทต์)

ขี้เหล็กโรงรีด (Mill scale)

แมกนีส ผู้เลี้ยงแกะ

หินซันสโตนแลตทิซสีรุ้ง