Магнетит — мінерал, який приносить магніт на вечірку
Магнетит — це оксид заліза з надсилою: він природно магнітний. У руці він чорний, важкий і охоче збирає скріпки; на Землі він формує родовища руд, «записує» магнітне поле планети і навіть веде маленьких бактерій, що плавають, наче стрілка компаса. Якби мінерали були супергероями, магнетит був би тим, хто знаходить вас.
Ідентичність і назва 🔎
Що це
Магнетит — це оксид заліза з формулою Fe3O4, кристалізується у структурі інверсного шпінелю. Простими словами, атоми заліза займають два підкристали, магнітні моменти яких повністю не компенсуються — тому залишається сильна сумарна намагніченість (феримагнетизм).
Назва та історія
Назва походить від стародавнього «magnetis lithos» (камінь із Магнезії, Греція). Природно намагнічені зразки називають лодестоном («магнітним каменем») і вони були найпершими компасами людства — скелями, які буквально вказують напрямок.
Як і де утворюється 🌍
Магматичне та кумулятивне походження
Магнетит кристалізується рано з базових–середньоскладових магм. У шаруватих інтрузіях він може концентруватися у магнетит-ільменітові смуги (титаномагнетит), іноді утворюючи економічно цінні пласти.
Метаморфічні породи та скарни
Під час контактного метаморфізму залізистих карбонатів або сланців магнетит формується у скарнах з гранатом, піроксеном, епідотом і амфіболом — часто у щільних, рудних родовищах.
Осадові залізні формації
У смугастих залізних формаціях (BIF) магнетит чергується з гематитом і кременем, утворюючи відомі червоно-сірі смуги, які забезпечують більшу частину світової залізної промисловості.
Гідротермальні процеси та потьмяніння
Гідротермальні розчини можуть безпосередньо виділяти магнетит; на поверхні магнетит частково окиснюється до магеміту (γ‑Fe2O3), а згодом до гематиту.
Біогенні та космічні «камейї»
Магнетотактичні бактерії утворюють нанометрові ланцюжки магнетиту («магнетосоми»), щоб орієнтуватися за магнітним полем Землі. Магнетит також виявляють у деяких метеоритах, особливо в вуглистих хондритах.
«Записувачі» океанів
Гранули титаномагнетиту в базальтах при охолодженні «запам'ятовують» напрямок магнітного поля Землі — разом вони на морському дні «записують» зеброві смуги з реверсій магнітного поля.
Зовнішній вигляд і кристалічна форма 👀
Типовий вигляд
- Колір: залізно-чорний до сталевого сірого.
- Блиск: металевий до субметалевого; потьмянілі поверхні матові.
- Кристалічна форма: гострі октаедри, додекаедри; зернистий до масивного; у плацерах — «пісок» магнетиту.
- Колір риски: насичено чорний (дуже діагностичний).
Деталі кристалів
Площини можуть показувати трикутні ребра або ерозійні ямки. Екзлюції ільменіту на поліруваних зрізах можуть проявлятися як ґратчасті ламелі (титаномагнетит) — справжня радість для мікроскопістів руд.
Порада для експозиції: Малий неодимовий магніт, захований під полицею, змусить пісок магнетиту «встати на диби» у вигляді шипів — миттєво створите початок розмови.
Фізичні, магнітні та оптичні властивості 🧪
| Властивість | Типове значення / примітка |
|---|---|
| Хімія | Fe3O4 (Fe2+Fe3+2O4); структура з інверсією спіну |
| Кристалічна система | Ізометрична (кубічна) |
| Твердість | ~5,5–6,5 (зазвичай ~6) |
| Відносна густина (SG) | ~5,1–5,2 (відчутно важкий у руці) |
| Спайність / злам | Справжнього спайності немає; злам нерівний до субраковистого |
| Колір риски | Чорний (для порівняння: гематит = вишнево–червонувато-коричневий) |
| Магнетизм | Феримагнітний — сильно притягує магніти; може бути постійно намагнічений (lodestone) |
| Температура Кюрі | ~580 °C (вище цієї температури магнетит стає парамагнітним) |
| Оптика | Непрозорий; ізотропне відбиття у відбитковій світловій мікроскопії |
| Зміни | Окислюється до маггеміту/гематиту; при пилуванні поверхні можуть почервоніти |
Під лупою / з магнітом 🔬🧲
Підказки під лупою
- Металево-чорний, іноді з октаедричними поверхнями.
- На пластині для риски одразу залишає чорну лінію.
- За розміром відчувається важким (густина ~5,2).
Тест магнітом
Навіть маленькі фрагменти притягуються до магніту. Деякі зразки (лодестон) піднімають магніт у відповідь — вони мають постійну намагніченість.
Полірований зріз
У відбитому світлі магнетит яскравий і ізотропний; дрібні ламелі ільменіту можуть утворювати тонкі сітчасті візерунки (титаномагнетит).
Схожі мінерали і як їх відрізнити 🕵️
Гематит
Може бути сталево-сірим до чорного, але колір риски червоний. Слабо магнітний, якщо взагалі. Специфічний гематит блищить; магнетит — більш рівномірно металевий.
Ільменіт
Оксид заліза-титану; слабо магнітний або немагнітний. Часто коричнуватий відтінок і менша щільність. Колір риски чорний, але блиск слабший.
Хроміт
Темний, високої густини спінель; слабкий магнетизм і коричневий колір риски. Характерний для ультраосновних порід — допомагає контекст.
Маггеміт і мартит
Маггеміт (окислений магнетит) залишається чорним, але може бути менш магнітним; мартит — псевдоморфа гематиту після магнетиту — октаедрична форма, червоний колір риски.
Промисловий шлак
Промисловий шлак може бути магнітним і склоподібним з пухирцями. Шукайте бульбашкову текстуру та потоки завихрень (нехарактерні для кристалів мінералів).
Швидкий контрольний список
- Сильне притягання до магніту.
- Чорний колір риски (вирішальний тест).
- Октаедричні кристали або масивний, зернистий залізний агрегат.
Родовища та типи руд 📍
Світові джерела заліза
Більша частина видобутку заліза походить із поясних залізних формацій (Австралія, Пілбара і Хамерслі, Бразилія, Каражас, Південна Африка, регіон Верхнього озера Північної Америки), де магнетит і гематит чергуються з кременем.
Інші значущі середовища
- Магнетит-апатитові (IOA) родовища (наприклад, район Кіруна, Швеція).
- Скарни біля контактів вапняку та граніту.
- Шаруваті інтрузії з титаномагнетитовими смугами.
- Плацерні піски («чорні піски») вздовж пляжів і річок.
Застосування та наукові зауваження 🧭
Залізо та промисловість
Основна залізна руда. Тонко подрібнений магнетит також використовується як щільне середовище при підготовці вугілля та як чорний пігмент (Fe3O4).
Електроніка та матеріали
Fe3O4 наночастинки утворюють основу феросплавів і багатьох феритів, що використовуються для сердечників і RF-застосувань (часто з іншими металевими катіонами).
Пам'ять Землі
Зерна магнетиту у охолоджених лавових потоках і оголеннях «записують» напрямок і силу геомагнітного поля — це ключ до палеомагнетизму та реконструкцій тектоніки плит.
Цікава думка: деякі бактерії виробляють стрілки компаса з магнетиту; ви не єдині, хто обирає маленькі магніти.
Догляд, зберігання та цікаві експерименти 🧼🧪
Щоденне зберігання
- Металеві поверхні показують відбитки пальців — протріть м'якою, сухою тканиною.
- Зберігайте окремо, щоб не подряпати м’якших сусідів (він щільний і трохи абразивний).
- Тримайте сильні магніти подалі від магнітних стрічок карток і компасів (якщо тільки не демонструєте навмисно!).
Очищення
- Пил витирайте м’якою пензликом; можна трохи вологою тканиною — одразу висушуйте.
- Уникайте кислот / відбілювачів; іржаві поверхні можуть почервоніти (окислитися) від агресивного впливу.
Прості експерименти
- Танець чорного піску: Покладіть магніт під тонку тарілку з магнетитовим піском; спостерігайте, як утворюються голки і рухаються разом з магнітом.
- Тест лодестона: Перевірте, чи може ваш зразок сам підняти скріпку — якщо так, у вас природно намагнічений шматок.
- Подряпина проти «двійника»: Порівняйте чорний слід магнетиту з червоним гематиту — миттєва допомога в ідентифікації.
Питання ❓
Чи весь магнетит є магнітом?
Весь магнетит сильно притягує магніти, але лише деякі шматки постійно намагнічені (лодестон). Нагрівання понад ~580 °C знищує цю пам’ять.
Чому мій зразок має іржаву плівку?
Поверхневе окислення може перетворити «шкіру» магнетиту на гематит — це лише тонка плівка іржі. Легке очищення і сухе зберігання зменшують це.
Чи може магнетит бути прозорим?
Ні — магнетит непрозорий. Тонкі краї можуть виглядати сірими, але світло через кристали не проходить.
Що таке титаномагнетит?
Магнетит, у який замість частини Fe вбудовується Ti. Охолоджуючись, він може виключати ламелі ільменіту — дрібні сітчасті візерунки, які радують петрографів руд і фіксують історію охолодження.
Чи трапляється магнетит у дорогоцінних каменях?
Як включення — так (у деяких кристалах бувають мініатюрні октаедри), але сам магнетит не є дорогоцінним каменем з фасетами — його чарівність металевий, магнітний і абсолютно без компромісів.
Посмішка наприкінці: нарешті камінь, який приходить, коли його кличеш — якщо у вас в руці магніт.