尖晶石的晶體結構包扣哪些?
尖晶石的晶體結構包扣哪些?接下來生辰石為你尋找答案。尖晶石化學成分中類質同象替代很普遍,常可含鐵、鋅、鉻、錳等。八面體晶形很常見;還常以八面體面為雙晶面和接合面構成雙晶,稱為尖晶石律雙晶。
晶體結構
尖晶石晶體,屬於等軸晶系,為面心立方,Z=8。基本結構是氧按ABC順序在垂直於(111)方向堆積。四面體與八面體層相間,四面體與八面體數之比為2:1。尖晶石結構可看作氧離子形成立方最緊密堆積,再由X離子佔據64個四面體空隙的1/8,即8個A位,Y離子佔據32個八面體空隙的1/2,即16個B位。由此得出尖晶石單位晶胞的通式為X8Y16O32,簡約後常寫作XY2O4〔1~5〕。
尖晶石的晶體包括正常尖晶石型結構、反尖晶石型結構。
正常尖晶石型結構:氧離子成立方緊密堆積,三價陽離子佔據六次配位的八面體空隙,二價陽離子佔據四次配位的四面體空隙。正尖晶石結構,結構通式XY2O4,X為二價陽離子,Y為三價陽離子。其中X佔據四面體位置,Y佔據八面體位置。
反尖晶石型結構:二價陽離子和半數三價陽離子佔據八面體空隙,另半數三價陽離子佔據四面體空隙。反尖晶石型結構又稱倒置尖晶石型結構。若結構中所有的X陽離子和一半的Y陽離子佔據八面體位置,另一半Y陽離子佔據四面體位置,則稱反尖晶石結構,結構通式Y[XY]O4。磁鐵礦(Fe2+FeO4)的結構即屬此種類型。
大多數天然尖晶石都具有介於這兩種極端間的陽離子分佈,其A、B位離子化合價比為2:3。在現有百餘種尖晶石結構化合物中,除2:3外電價比最常見的是4:2,其結構多為反尖晶石結構,如TiMg2O4,TiZn2O4,TiMn2O4。反型結構可看作8個A位離子與16個B位離子中的8個進行相互換位,即8個Y2+離子進入四面體間隙(A位),而剩下8個Y2+離子與8個X4+離子複合佔據正常情況下B位的八面體間隙。除正反兩種極端情況外,還可能有混合型中間狀態分佈。這樣可用反分佈率α定量表示X離子佔八面體上的分數,從而將各種尖晶石結構通式擴充如下:
正型:(X)四面體〔Y2〕八面體O4,α=0;
反型:(Y)四面體〔X,Y〕八面體O4,α=1;
混合型:(Yα,X1-α)四面體〔Xα,Y2-α〕八面體O4,0<α<1。
正與反型的屬性及反位的程度對於化合物材料的性能有較大影響。對於常見的2∶3和4∶2電價比的尖晶石結構,似乎前者趨正型,後者趨反型。但縱觀全部物種,不僅有相當數量趨於混合型,且範圍程度不能確定,而且還有若干品種完全不遵從這一規律。影響這種分佈的因素極其複雜,有離子鍵的靜電能、離子半徑、共價鍵的空間分佈、晶體場等諸多方面。根據經驗數據可將大部分二、三價離子的優先順序排出:Zn2+,Cd2+,Ga2+,In3+,Mn2+,Fe3+,Mn3+,Fe2+,Mg2+,Cu2+,Co2+,Ti3+,Ni2+,Cr3+。越往前傾向於四面體填隙,反之傾向於八面體填隙。陽離子的分佈對尖晶石型材料的性能也有重大影響〔1,4〕。
尖晶石化學成分中類質同象替代很普遍,常可含鐵、鋅、鉻、錳等。八面體晶形很常見;還常以八面體面為雙晶面和接合面構成雙晶,稱為尖晶石律雙晶。尖晶石由接觸變質作用形成,或由巖漿結晶而產於基性、超基性火成巖中。透明而色澤豔麗的尖晶石是高檔寶石材料。
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