Шпинель

Шпинель

Шпинели (нем. Spinell), шпинелиды, группа минералов класса сложных оксидов с общей формулой AB₂O₄ или A(A,B)O₄, где А - Mg, Zn, Mn, Fe²⁺, Со, Ni; B - Al, Fe³⁺, Cr, Mn, Ti⁴⁺, V³⁺. Шпинели представляют собой системы твердых растворов с широко развитым изоморфизмом катионов А и В. В зависимости от преобладания катиона В различают: алюмошпинели [шпинель MgAl₂O₄, герцинит FeAl₂O₄, галаксит (Mn,Fe)Al₂O₄, ганит ZnFe₂O₄], ферришпинели (магнезиоферрит MgAl₂O₄, магнетит, якобсит MnFe₂O₄, франклинит ZnFe₂O₄, треворит), хромшпинелиды, титаношпинели (улъвешпинелъ, магнезиальный аналог ульвешпинели MgTiO₄ и др.) и ванадиошпинели (кульсонит FeV₂O₄). В пределах каждого изоморфного ряда смесимость минералов полная, а между членами различных рядов - ограниченная. Кристаллизуются в кубической системе, образуя в основном октаэдрические кристаллы. В элементарной ячейке структуры Шпинели 32 аниона кислорода образуют плотнейшую кубическую упаковку с 64 тетраэдрическими пустотами (катионами занято 8) и 32 октаэдрическими (катионами занято 16). По характеру распределения катионов в занятых тетраэдрических и октаэдрических позициях структуры выделяют: нормальные (8 тетраэдров занято катионами A²⁺, 16 октаэдров - катионами B³⁺), обращенные (8 тетраэдров занято В³⁺, 16 октаэдров - 8 B³⁺ и 8 А²⁺, причем катионы В³⁺ и A²⁺ в октаэдрических пустотах могут распределяться как статистически, так и упорядочено) и промежуточные Шпинели. Нормальная структура свойственна MgAl₂O₄, ZnFe₂O₄, FeAl₂O₄, (Mn, Fe) Al₂O₄ и др. Обращенная структура характерна для FeFe₂O₄, MgFe₂O₄, Fe₂TiO₄ и др. Известно большое число минералов с промежуточным типом структуры. К структурному типу Шпинели относятся структуры некоторых сульфидов состава RX₂S₄, где R²⁺ - Co, Ni, Fe, Cu, a X³⁺ - Со, Ni, Cr. Искаженную структуру Шпинели имеет маггемит (γ-Fe₂O₃).

Для всех минералов характерны высокая твердость (5-8 по минералогической шкале), химическая и термическая устойчивость. Шпинели - основные носители магнитных свойств горных пород. Плотность, отражательная способность, твердость, параметр элементарной ячейки, магнитные и электрические свойства существенно зависят от состава и характера распределения катионов и заметно колеблются в пределах каждой группы. Для Шпинели характерны высокотемпературные условия образования; к выветриванию устойчивы, сохраняются в россыпях. Многие Шпинели - важные руды хрома, железа, марганца, титана, цинка; применяются при производстве керамики, огнеупоров, термоустойчивых красок.

Известно большое число искусственных Шпинелей, которые, кроме катионов, характерных для природных Шпинелей, могут содержать ионы Li, In, Ca, Cd, Cu, W, Ga, Ag, Sb, Nb, Ge. Будучи разновидностью ферритов (шпинелевые ферриты), искусственные Шпинели лежат в основе многих магнитных материалов и широко используются в приборостроении, радиотехнической и керамической промышленности.