Spinell-Typ (MgAl₂O₄, H1₁-Typ)

Beschreibung (VRML)

Die O-Atome bilden eine fast kubisch-dichteste (kubisch-flächenzentrierte) Kugelpackung. ¹/₈ aller Tetraederlücken sind mit Mg-Atomen, ¹/₂ aller Oktaederlücken mit Al-Atomen derart besetzt, dass jedes Oxid-Ionen verzerrt tetraedrisch von einem Mg- und drei Al-Ionen umgeben ist.

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Vorkommen

Im Spinell-Typ kristallisieren:

Normale Spinell-Struktur
- A^IIB^III₂X₄:
  - A^II = Mg, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Sn
  - B^III = Al, Ga, In, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Rh, Ni
  Beispiele: MgAl₂O₄, MnMn₂O₄ (=Mn₃O₄), FeAl₂O₄, FeCr₂O₄, CoAl₂O₄, CoCo₂O₄ (=Co₃O₄), ZnAl₂O₄, CaIn₂O₄, CoCo₂S₄ (=Co₃S₄), HgCr₂S₄, CdCr₂Se₄, ZnCr₂Se₄, CuCr₂Te₄
- A^IVB^II₂X₄
  Beispiele: GeB₂O₄ (=B ₂GeO₄ wobei B = Mg, Fe, Co, Ni), SnCu₂S₄ (=Cu₂SnS₄)
- A^VIB^I₂Y₄
  Beispiele: ANa₂O₄ (= Na₂AO₄ wobei A = Mo, W)
- A^IIB^I₂X^-I₄
  Beispiele: NiLi₄F₄ (=Li₄NiF₄, ZnK₂(CN)₄ (=K₂Zn(CN)₄)
Inverse Spinell-Struktur (vgl. Verwandtschaften)
- A^IIB^III₂X₄:
  Beispiele: FeFe₂O₄ (=Fe₃O₄), CoFe₂O₄, NiFe₂O₄, CuFe₂O₄, MgFe₂O₄, MgIn₂O₄, CoIn₂S₄, CrAl₂S₄
- A^IVB^II₂X₄
  Beispiele: SnB₂O₄ (=B₂SnO₄ wobei B = Mg, Mn, Co, Zn), TiB₂O₄ (=B₂TiO₄ wobei B = Mg, Mn, Fe, Co, Zn), VB₂O₄ (=B₂VO₄ wobei B = Mg, Co, Zn)
Ungeordnete Spinell-Struktur (vgl. Verwandtschaften)
- statistische Verteilung:
  Beispiele: (Al_0,75Ni_0,25)[Ni_0.75Al_1,25]O₄
- Ersetzen durch höher- und niederwertige Ionen
  Beispiele: MgAl₂O₄ wird zu: LiAl₅O₈ = (Al₂)[LiAl₃]O₈, MgAl₂O₄ wird zu: Li[AlTi]O₄
Defekte Spinell-Struktur
- γ-Al₂O₃

Mineralfotos

Spinell (MgAl₂O₄)	Magnetit (Fe₃O₄)	Hausmannit (Mn₃O₄)

Verwandtschaften

Die Atome suchen die ihnen passenden Plätze im Gitter auf. Man beobachtet daher neben der normalen Spinell-Struktur A(B₂)O₄ (A auf tetraedrischen, B auf oktaedrischen Plätzen) die inverse Spinell-Struktur B(AB)O₄, bei der die Kationen A oktaedrische Lücken besetzen und dafür die Hälfte der B-Kationen tetraedrische Plätze einnimmt. Beim NiFe₂O₄ besetzt zum Beispiel die eine Hälfte der Fe(III)-Atome die Tetraederlücken, und das Nickel besetzt zusammen mit der anderen Hälfte der Fe-Atome die Oktaederlücken (andere Schreibweise: Fe^III(Ni^IIFe^III)O₄).
Sind die Unterschiede im Koordinationsbestreben der einzelnen Metalle nicht so stark, so können die verschiedenen Atomsorten auch mehr oder weniger statistisch in die Tetraeder- und Oktaederplätze eingebaut werden. Auch können A- und B-Kationen anteilmäßig durch höher- und gleichzeitig niedrigerwertige Ionen ersetzt werden.
In der defekten Spinell-Struktur bleiben einige der normalerweise besetzten Tetraeder- und Oktaederlücken frei.

Links zu Vorlesungsseiten

Kap. 4.4. (Al-Oxide) aus der Vorlesung Chemie der Metalle. Dort auch ein Erklär-Video zur Struktur, Eigenschaften etc. von Spinellen.

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