Семейство шпине́лей (шпинелидов) — семейство минералов с общей формулой AD ₂ X ₄ , где

A — Mg , Zn , Mn , Si , Ge , Fe , Co , Cu , Sb , Ti , Ni ;

D — Fe , Al , Mn , Fe , V , Cr , Co , In , Ir , Rh , Pt , Ni ;

X — O ^2- , S ^2- , Se ^2- .

Минералы семейства шпинелей используются в качестве геотермометров или геобарометров. Некоторые из них являются рудными минералами (например, магнетит , ), а некоторые используются в качестве драгоценных камней (например, шпинель красного цвета).

Минералы семейства шпинелидов с таким типовым составом согласно данным рентгенометрии, должны рассматриваться как сложные окислы, а не как соли кислородных кислот, то есть не как алюминаты , ферриты и др.

Вследствие очень широко проявленного изоморфизма (особенно среди двухвалентных катионов ) наряду с крайними членами известны промежуточные, значительно более часто встречающиеся. Многие из шпинелей промежуточного состава описывались под особыми названиями, некоторые названия трактовались по-разному; очень дробные классификации некоторых авторов, введение ими новых названий, а также изменение содержания принятых понятий привели к неопределённости в обозначениях, особенно для шпинелей промежуточного состава .

Номенклатура

Семейство разделено на три группы на основе доминирующего аниона X:

O ^2- : .

S ^2- : .

Se ^2- : .

Каждая группа делится на подгруппы в соответствии с доминирующей валентностью , а затем доминирующей составляющей (или гетеровалентной парой составляющих), представленной буквой D в формуле AD ₂ X ₄ .

Кристаллическая структура

Сингония семейства шпинелей как правило кубическая , пространственная группа — Fd3m. (Z) — 8. Кислородные ионы плотно упакованы в четырёх плоскостях, параллельных граням октаэдра (кубическая плотнейшая упаковка). В структурном типе нормальной шпинели (n-шпинель) двухвалентные катионы , ( Mg ²⁺ , Fe ²⁺ и др.) окружены четырьмя ионами кислорода в тетраэдрическом расположении, в то время как трехвалентные катионы ( Al ³⁺ , Fe ³⁺ , Cr ³⁺ и др.) находятся в окружении шести ионов кислорода по вершинам октаэдра. При этом каждый ион кислорода связан с одним двухвалентным и тремя трехвалентными катионами. Структура характеризуется сочетанием изометрических «структурных единиц» — тетраэдров и октаэдров, причем каждая вершина является общей для одного тетраэдра и трех октаэдров. Эти особенности структуры хорошо объясняют такие свойства этих минералов, как оптическая изотропия , отсутствие спайности , химическая и термическая стойкость соединений, довольно высокая твердость и прочие .

Шпинели, содержащие четырёх- и двухвалентные элементы, всегда обращённые. Трёх- и четырёхвалентные катионы преимущественно занимают октаэдрические позиции; исключением являются Fe ³⁺ , In ³⁺ , Ga ³⁺ , которые предпочтительно располагаются в тетраэдрических позициях. Нормальная структура свойственна собственно шпинели, ганиту , герциниту , галакситу , хромшпинелям, CaAl ₂ O ₄ , NiAl ₂ O ₄ , ZnFe ₂ O ₄ , CdFe ₂ O ₄ . Несколько искаженную структуру этого типа имеют гаусманит , гетеролит и , дефектную шпинелеподобную структуру — ${\displaystyle \gamma }$ - Al ₂ O ₃ . Структуру шпинели имеют также некоторые сульфиды состава R ²⁺ R ₂ ³⁺ S ₄ , где R ²⁺ — Co , Ni , Fe , Cu . а R ³⁺ — Co , Ni , Cr ( , , ). Обращенная и близкая к ней структура характерна для магнетита , магнезиоферрита , ульвёшпинели ,Mg ₂ TiO ₄ , MgGa ₂ O ₄ , Zn ₂ SnO ₄ , Zn ₂ TiO ₄ , MgIn ₂ O ₄ .

Физические свойства

Удельный вес и показатели преломления шпинелей меняются в зависимости от состава. Физические свойства, особенно магнитные и электрические, зависят от положения катионов в структуре. Все шпинели нормального типа имеют низкую, а шпинели обращенного типа, например, магнетит , высокую электропроводность .

В природных шпинелях в пределах каждого изоморфного ряда наблюдается более или менее полная совместимость, тогда как между членами различных рядов совместимость ограничена. Существуют непрерывные ряды от MgAl ₂ O ₄ — FeAl ₂ O ₄ , MgAl ₂ O ₄ — MgCr ₂ O ₄ и MgAl ₂ O ₄ до FeCr ₂ O ₄ . Присутствие ильменита и герцинита в магнетите, гаусманита в якобсите в виде продуктов распада твердого раствора говорит об ограниченной смесимости шпинелей соответствующего состава. Изоморфные замещения заметно отражаются на размерах элементарной ячейки . Формула, предложенная Михеевым, отражает зависимость a ₀ от размеров двух- и трёхвалентных катионов: ${\displaystyle a_{0}=0,577+0,095}$ ${\displaystyle {\ce {r^2+}}}$ ${\displaystyle +2,79}$ ${\displaystyle {\ce {r^3+;}}}$ для промежуточных членов изоморфных рядов принимается среднее значение радиуса замещающих друг друга катионов.

Влияние содержания различных катионов на размер ${\displaystyle a_{0}}$ отраженно в регрессионной зависимости: ${\displaystyle {\ce {a0 = 8,075 - 0,163 x1 + 0,304 x2 + 0,276 x3 + 0,479 x4 \pm 0,015,}}}$ где x ₁ атомное количество Al , x ₂ — Fe ²⁺ и Zn , x ₃ — Mg ; x ₄ — Mn ²⁺ .

Примечания

Литература

1. Чухров Ф. В., Бонштедт-Куплетская. Э. М. Минералы. Справочник. Выпуск 3. Сложные окислы, титанаты, ниобаты, танталаты, антимонаты, гидроокислы.. — Москва: Наука, 1967. — 676 с.
2. Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — Москва: КДУ, 2007. — 271 с.
3. Ferdinando Bosi, Cristian Biagioni, Marco Pasero. (англ.) // European Journal of Mineralogy. — 2018. — 12 September ( vol. 31 , no. 1 ). — P. 183—192 .

Ссылки

• на сайте Mindat.org