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探究尖晶石结构

查看: 4633| 评论: 329 |2024-03-27

尖晶石 探究 结构
摘要:世界上是无奇不有的,我们大自然中,存在这许多让人感叹的东西,中国人最喜欢的就是崇尚自然之道,取之自然、返之自然。大家都知道我们生活中,存在一些矿物质,而这些矿物

世界上是无奇不有的,我们大自然中,存在这许多让人感叹的东西,中国人最喜欢的就是崇尚自然之道,取之自然、返之自然。大家都知道我们生活中,存在一些矿物质,而这些矿物组成一起的时候,就会出现了一些美丽的东西,例如尖晶石,因为颜色漂亮美丽,有许多种形态,被许多人喜欢,把它当作是宝石来使用。下面我们来认识一下尖晶石的结构是怎么样的吧。

尖晶石结构

尖晶石结构

化学成分为MgAl2O4,晶体属等轴晶系的氧化物矿物。尖晶石的晶体结构中,氧离子成立方紧密堆积,三价阳离子占据六次配位的八面体空隙,二价阳离子占据四次配位的四面体空隙。这种结构称为正常尖晶石型结构。如果二价阳离子和半数三价阳离子占据八面体空隙,另半数三价阳离子占据四面体空隙,则构成所谓反尖晶石型结构,或称倒置尖晶石型结构。磁铁矿(Fe2+FeO4)的结构即属此种类型。尖晶石化学成分中类质同象替代很普遍,常可含铁、锌、铬、锰等。八面体晶形很常见;还常以八面体面为双晶面和接合面构成双晶,称为尖晶石律双晶。尖晶石由接触变质作用形成,或由岩浆结晶而产于基性、超基性火成岩中。透明而色泽艳丽的尖晶石是高档宝石材料。

等轴晶系,a0=0.8103nm(合成镁尖晶石);Z=8。基本结构是氧按ABC顺序在⊥(111)方向堆积。四面体与八面体层相间,四面体与八面体数之比为2:1。正尖晶石结构,结构通式XY2O4,X为二价阳离子,Y为三价阳离子。其中X占据四面体位置,Y占据八面体位置。若结构中所有的X阳离子和一半的Y阳离子占据八面体位置,另一半Y阳离子占据四面体位置,则称反尖晶石结构,结构通式Y[XY]O4。大多数天然尖晶石都具有介于这两种极端间的阳离子分布。六八面体晶类,Oh-m3m(3L44L36L29PC)。常呈八面体晶形,有时与菱形十二面体和立方体成聚形。常依(111)为双晶面和接合面构成尖晶石律双晶。

尖晶石结构

天然镁铝尖晶石(MgAl2O4)所具有的一种独特的晶体结构被称为尖晶石型结构。该结构属立方晶系,面心立方点阵。尖晶石结构可看作氧离子形成立方最紧密堆积,再由X离子占据64个四面体空隙的1/8,即8个A位,Y离子占据32个八面体空隙的1/2,即16个B位。由此得出尖晶石单位晶胞的通式为X8Y16O32,简约后常写作XY2O4〔1~5〕。

大多数尖晶石结构化合物,A、B位离子化合价比为2:3。在现有百余种尖晶石结构化合物中,除2:3外电价比最常见的是4:2,其结构多为反尖晶石结构,如TiMg2O4,TiZn2O4,TiMn2O4。反型结构可看作8个A位离子与16个B位离子中的8个进行相互换位,即8个Y2+离子进入四面体间隙(A位),而剩下8个Y2+离子与8个X4+离子复合占据正常情况下B位的八面体间隙。除正反两种极端情况外,还可能有混合型中间状态分布。这样可用反分布率α定量表示X离子占八面体上的分数,从而将各种尖晶石结构通式扩充如下:

正型:(X)四面体〔Y2〕八面体O4,α=0;

反型:(Y)四面体〔X,Y〕八面体O4,α=1;混合型:(Yα,X1-α)

四面体〔Xα,Y2-α〕八面体O4,0<α<1。

尖晶石结构

正与反型的属性及反位的程度对于化合物材料的性能有较大影响。对于常见的2∶3和4∶2电价比的尖晶石结构,似乎前者趋正型,后者趋反型。但纵观全部物种,不仅有相当数量趋于混合型,且范围程度不能确定,而且还有若干品种完全不遵从这一规律。影响这种分布的因素极其复杂,有离子键的静电能、离子半径、共价键的空间分布、晶体场等诸多方面。根据经验数据可将大部分二、三价离子的优先顺序排出:Zn2+,Cd2+,Ga2+,In3+,Mn2+,Fe3+,Mn3+,Fe2+,Mg2+,Cu2+,Co2+,Ti3+,Ni2+,Cr3+。越往前倾向于四面体填隙,反之倾向于八面体填隙。阳离子的分布对尖晶石型材料的性能也有重大影响〔1,4〕。

偏光镜下:颜色随成分而变,无色、浅玖瑰色(镁尖晶石)、暗绿色(铁尖晶石)、浅灰白色(锌尖晶石)。尖晶石为均质体,但锌尖晶石可有光性异常。

尖晶石结构

以上就是尖晶石的结构,看上去是不是相当的复杂呢。不过这些基本都是从化学角度看的。我们普通民众更加关注的是尖晶石的宝石价值,那么怎么样的尖晶石才是最好的呢?那就要从多方面考虑问题了,首先要从颜色入手,其实就是透明度等等这一些问题去考虑。最好的尖晶石颜色是深红色,然后就到了紫红,还有的就是透明度越高越好。

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