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Spinell




Spinell
Bild des Minerals
Chemismus MgAl2O4
Mineralklasse Oxide und Hydroxide
Kristallsystem kubisch
Kristallklasse
Farbe variabel
Strichfarbe weiß-braun
Mohshärte 7,5 bis 8
Dichte (g/cm³) 3,6
Glanz Glasglanz
Transparenz durchsichtig bis undurchsichtig
Bruch muschelig, spröde
Spaltbarkeit unvollkommen
Habitus gedrungen
Häufige Kristallflächen
Zwillingsbildung ja
Kristalloptik
Brechzahl 1,71 bis 1,73
Doppelbrechung
(optische Orientierung)
Pleochroismus
Winkel/Dispersion
der optischen Achsen
2vz ~
Weitere Eigenschaften
Phasenumwandlungen
Schmelzpunkt
Chemisches Verhalten
Ähnliche Minerale
Radioaktivität nicht radioaktiv
Magnetismus
Besondere Kennzeichen

Spinell ist ein im kubischen Kristallsystem kristallisierendes Magnesium-Aluminium-Oxid-Mineral mit der chemischen Formel MgAl2O4. Seine Härte liegt zwischen 7,5 und 8, die Farbe ist aufgrund von häufigen Beimischungen von Eisen, Chrom, Zink oder Mangan äußerst variabel.

Inhaltsverzeichnis

Struktur

Viele Verbindungen des Typs AB2O4 kristallisieren im Spinelltyp. Die O2--Ionen bilden dabei ein kubisch-flächenzentriertes Kristallgitter, dessen Tetraederlücken zu einem Achtel von meist zweifach positiv geladenen A-Ionen wie Mg2+ und dessen Oktaederlücken zur Hälfte von meist dreifach positiv geladenen B-Ionen wie Al3+ besetzt sind. Andere Ladungen sind auch möglich, z.B. W6+(Na+2)O4

Inverse Spinelle haben auch die Formel AB2O4. Sie liegen im selben Gitter vor. Allerdings besetzen die A-Ionen ein Viertel der Oktaederlücken, die B-Ionen ein Viertel der Oktaeder- und ein Achtel der Tetraederlücken. Somit sind insgesamt wieder die Oktaederlücken zur Hälfte und die Tetraederlücken zu einem Achtel besetzt. Beispiele sind Magnetit Fe3O4 (=Fe(III)2Fe(II)) und TiMg2O4.

Berechnung

Es ist möglich, vorherzusagen, ob ein Spinell normal oder invers ist. Dabei vergleicht man die Ligandenfeldstabilisierungsenergie (LFSE) im normalen Spinell mit der LFSE im inversen Spinell.

Beispiel:

FeCr2O4:

  • Fe2+:
    • Tetraederlücke: Im tetraedrischen Ligandenfeld werden die 3 t2-Orbitale um 4 Dq angehoben und die 2 e-Orbitale um 6 Dq abgesenkt. Diese werden mit 6 Elektronen aufgefüllt (Fe2+ ist ein d6-Ion). Damit liegt die LFSE bei
3\cdot 6\, \mathrm{Dq} - 3\cdot 4\, \mathrm{Dq} = 6\, \mathrm{Dq} = 0,6\, \Delta_\mathrm{T}.
Da \Delta_\mathrm{O} = \tfrac{4}{9} \cdot \Delta_\mathrm{T},
entspricht dies einer LFSE von
\mathrm{LFSE}=\tfrac{4}{9} \cdot 0,6\,\Delta_\mathrm{T} =0,266\,\Delta_\mathrm{O}.
  • Oktaederlücke: Im oktaedrischen Ligandenfeld werden die 2 eg-Orbitale um 6 Dq angehoben und die 3 t2g-Orbitale um 4 Dq abgesenkt. Diese werden mit 6 Elektronen in der High-spin-Anordnung aufgefüllt. Damit liegt die LFSE bei
\mathrm{LFSE}=4\cdot 4 \,\mathrm{Dq} - 2\cdot 6\, \mathrm{Dq} = 4,\ \mathrm{Dq} = 0,4 \Delta_\mathrm{O}.
  • Cr3+:
  • Tetraederlücke: Cr3+ ist ein d3-Ion. Damit liegt die LFSE bei
3 \cdot 6\, \mathrm{Dq} = 18\, \mathrm{Dq} = 1,8\, \Delta_\mathrm{T} ; \mathrm{LFSE}=\tfrac{4}{9} \cdot 1,8\,\Delta_\mathrm{T} =0,8 \,\Delta_\mathrm{O}.
  • Oktaederlücke: Die LFSE liegt bei
\mathrm{LFSE}= 3\cdot 4\, \mathrm{Dq} - 0\cdot 6\, \mathrm{Dq} = 12\, \mathrm{Dq} = 1,2 \,\Delta_\mathrm{O}.

Normaler Spinell (FeTCrOCrOO4): \mathrm{LFSE}= 0,266\,\Delta_\mathrm{O} + 2\cdot 1,2\,\Delta_\mathrm{O} = 2,666\,\Delta_\mathrm{O}

Inverser Spinell (FeOCrTCrOO4): \mathrm{LFSE}= 0,4\,\Delta_\mathrm{O}+0,8\,\Delta_\mathrm{O} +  1,2\,\Delta_\mathrm{O} = 2,4\,\Delta_\mathrm{O}

Damit hat der normale Spinell eine höhere Ligandenfeldstabilisierungsenergie. FeCr2O4 liegt als normaler Spinell vor.

Vorkommen

Als natürlich eingewachsener, gut ausgebildeter Kristall findet sich Spinell oft in magmatischen Gesteinen und Marmoren, meist als Oktaeder, seltener als Zwilling. Daneben kommt er in abgerollter, mehr oder weniger loser Form auch in Edelsteinseifen vor. Bekannte Fundorte dieses Steins sind Myanmar (Birma) oder Pakistan. [1]

Varietäten

  • Chromspinelle:
  • Titan-Spinell:
    • Ulvit

Bedeutung als Rohstoff

Lupenreine Spinelle sind begehrte aber leider seltene Schmucksteine. Rote Spinelle weisen dabei eine äußerliche Ähnlichkeit zu Rubinen auf. Ein lange für einen Rubin gehaltener Stein der englischen Kronjuwelen (Black Prince´s Ruby) stellte sich beispielsweise als Spinell heraus. Spinelle werden heute für industrielle Zwecke auch synthetisch erzeugt.

Etymologie

Der Name Spinell stammt aus dem Griechischen und bedeutet "funkeln".



Zwillingsausbildung Spinell

Siehe auch: Liste von Mineralen

Quellen

  1. Rupert Hochleitner: GU-Naturführer Edelsteine und Schmucksteine. 5. Auflage. Gräfe & Unzer Verlag, München 1998, S. 28, ISBN 3-7742-2131-6
 
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Spinell aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.
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