Magnetit
Obsah boxu
Magnetit (také historicky známý jako magnetovec) je minerál a jeden z nejdůležitějších oxidů železa. Jeho chemický vzorec je Fe₃O₄, což z něj činí oxid železnato-železitý. Patří do skupiny spinelů a krystalizuje v krychlové (kubické) soustavě. Je nejstarším známým magnetickým materiálem a ze všech přírodních minerálů na Zemi vykazuje nejsilnější magnetismus. Právě tato vlastnost mu dala jméno a zajistila mu klíčovou roli v historii vědy a technologie, zejména při vývoji kompasu.
Díky vysokému obsahu železa (až 72,4 %) je magnetit jednou z nejvýznamnějších a nejkvalitnějších železných rud pro výrobu oceli. Vyskytuje se po celém světě v různých geologických podmínkách a nachází se dokonce i v živých organismech a meteoritech.
📜 Historie a název
Název magnetit pochází z řeckého slova magnēs (μαγνής), které pravděpodobně odkazuje na oblast Magnésie v Thesálii (Řecko), kde byly nalezeny první kusy tohoto minerálu. Přírodní kusy magnetitu se silnými magnetickými vlastnostmi se nazývají magnetovec (anglicky lodestone).
Již ve starověku si lidé všimli, že magnetovec přitahuje železné předměty. Thalés z Milétu se o něm zmiňuje již v 6. století př. n. l. Největší význam však magnetovec získal díky objevu, že volně zavěšený kus se vždy zorientuje ve směru sever-jih. To vedlo k vynálezu prvního kompasu, který je poprvé spolehlivě doložen v Číně za dynastie Sung kolem 11. století. Tento objev způsobil revoluci v námořní navigaci a umožnil éru velkých zámořských objevů.
Vědecky popsal magnetit jako minerál Wilhelm Karl von Haidinger v roce 1845.
💎 Vlastnosti
🔬 Fyzikální vlastnosti
Magnetit je typicky železně černý nebo šedočerný minerál s černým vrypem. Má výrazný kovový lesk, který může být někdy matný. Krystalizuje v krychlové soustavě, nejčastěji tvoří dokonalé osmistěny (oktaedry), méně často dvanáctistěny (dodekaedry). Často se však vyskytuje v podobě zrnitých až masivních agregátů.
Jeho tvrdost na Mohsově stupnici se pohybuje mezi 5,5 a 6,5, což ho řadí mezi středně tvrdé minerály. Je poměrně křehký, má nerovný až lasturnatý lom a nedokonalou štěpnost. S hustotou kolem 5,17 g/cm³ patří mezi těžké minerály.
🧲 Magnetické vlastnosti
Nejvýraznější vlastností magnetitu je jeho silný ferimagnetismus. Na rozdíl od feromagnetických materiálů (jako je čisté železo), kde jsou všechny magnetické momenty atomů orientovány jedním směrem, u ferimagnetického magnetitu existují dvě skupiny atomů železa (Fe²⁺ a Fe³⁺) s protichůdně orientovanými magnetickými momenty. Protože se tyto momenty navzájem plně nevyruší, výsledkem je silný permanentní magnetismus.
Tato vlastnost je stabilní až do dosažení Curieovy teploty, která pro magnetit činí přibližně 585 °C (858 K). Při zahřátí nad tuto teplotu ztrácí magnetit své magnetické vlastnosti a stává se paramagnetickým.
🧪 Chemické vlastnosti
Chemický vzorec magnetitu je Fe₃O₄. Přesněji se jedná o smíšený oxid, který lze zapsat jako FeO·Fe₂O₃, což odpovídá struktuře spinelu s ionty Fe²⁺ a Fe³⁺. Díky tomu je magnetit členem rozsáhlé skupiny spinelů.
Je relativně odolný vůči zvětrávání, ale může pomalu oxidovat na hematit (Fe₂O₃) nebo goethit. Je rozpustný v horké koncentrované kyselině chlorovodíkové.
🌍 Výskyt a naleziště
Magnetit je velmi rozšířený minerál, který vzniká za široké škály geologických podmínek.
- Vyvřelé horniny: Je běžnou akcesorickou složkou v mnoha magmatických horninách, zejména v bazických a ultrabazických, jako jsou gabro a peridotit. V některých případech může dojít k magmatické segregaci, kdy se těžký magnetit hromadí ve velkých ložiscích.
- Přeměněné horniny: Vzniká při regionální i kontaktní metamorfóze železem bohatých sedimentů. Typickým příkladem jsou páskované železné rudy (BIF - Banded Iron Formations), které jsou největším zdrojem železa na světě.
- Usazené horniny: Jako odolný minerál se hromadí v sedimentech, například v plážových píscích (tzv. černé písky).
- Hydrotermální žíly: Může se vysrážet z horkých roztoků v hydrotermálních žilách.
Významná naleziště
Obrovská ložiska magnetitu se těží po celém světě. Mezi nejvýznamnější patří:
Kiruna a Gällivare – jedny z největších a nejčistších magnetitových ložisek na světě.
Pohoří Adirondack ve státě New York a ložiska v Utahu, Michiganu a Minnesotě.
Ural a Kurská magnetická anomálie.
Komplex Bushveld.
a 
– rozsáhlá ložiska v páskovaných železných rudách.
V Česku se historicky významná ložiska nacházela v Krušných horách (Měděnec, Přísečnice) a menší výskyty jsou známy z mnoha dalších lokalit.
⚙️ Využití
🏭 Průmyslové využití
- Železná ruda: Magnetit je s obsahem přes 70 % železa nejbohatší železnou rudou. Těží se ve velkém pro výrobu surového železa ve vysokých pecích a následně pro výrobu oceli.
- Těžké suspenze: Jemně mletý magnetit se používá v uhelném a rudném průmyslu pro rozdružování materiálů na základě jejich hustoty.
- Pigment: Syntetický magnetit se používá jako černý pigment (Pigment Black 11) v barvách, nátěrech a stavebních materiálech.
- Katalyzátor: Hraje klíčovou roli jako katalyzátor v Haber-Boschově procesu pro syntézu amoniaku.
- Ferofluidy: Nanočástice magnetitu jsou základem pro výrobu ferofluidů – kapalin, které reagují na magnetické pole.
🔬 Vědecký a technologický význam
- Paleomagnetismus: Krystaly magnetitu v tuhnoucích horninách (např. v lávě na středooceánských hřbetech) se orientují podle tehdejšího magnetického pole Země. Jejich studiem lze rekonstruovat historii zemského magnetismu a pohyby kontinentů, což bylo klíčovým důkazem pro teorii deskové tektoniky.
- Záznamová média: V minulosti byl magnetitový prášek základem pro výrobu magnetických pásek a pevných disků.
- Biomedicína: Nanočástice magnetitu se zkoumají pro cílenou dopravu léčiv v těle, jako kontrastní látka pro magnetickou rezonanci (MRI) nebo pro hypertermii při léčbě rakoviny.
🧠 Biologický význam (Biomagnetismus)
Překvapivě se mikroskopické krystaly magnetitu nacházejí i v živých organismech. Tento jev se nazývá biomagnetismus.
- Magnetotaktické bakterie: Některé druhy bakterií si uvnitř buněk vytvářejí řetízky krystalů magnetitu (tzv. magnetozomy). Tyto řetízky fungují jako miniaturní kompasová střelka, která bakteriím umožňuje orientovat se podle siločar zemského magnetického pole a snáze tak najít prostředí s optimální koncentrací kyslíku.
- Živočichové: Krystaly magnetitu byly objeveny v tkáních mnoha živočichů, včetně včel, lososů, ptáků (např. holubů) a dokonce i v lidském mozku. Předpokládá se, že by mohly být základem tzv. "magnetického smyslu", který těmto živočichům pomáhá při orientaci a migraci na dlouhé vzdálenosti. Výzkum v této oblasti stále probíhá.
🤓 Pro laiky
Magnetit si můžete představit jako "přírodní magnet". Zatímco běžný kus železa se magnetem stane až po zmagnetování, některé kusy magnetitu (magnetovce) jsou magnetické samy od sebe už od svého vzniku. Je to proto, že drobné "vnitřní magnety" (magnetické momenty atomů) jsou v něm uspořádány tak, že se jejich síla sčítá.
Je to velmi těžký, černý kámen s kovovým leskem. Když po něm přejedete po drsném nepolévaném porcelánu, zanechá černou stopu (vryp). Právě díky své magnetické vlastnosti umožnil lidem před staletími sestrojit první kompasy a bezpečně se plavit po mořích. Dnes je pro nás nejdůležitější jako hlavní zdroj železa, ze kterého se vyrábí ocel pro stavbu aut, mostů a budov.