coolreferat.com.ua сторінка 1



Міністерство вищої та спеціальної освіти Р.Ф.
Кубанський державний університет.

Реферат на тему:
Шпінель. Структура шпінелі.

Виконав студент


2-го курсу 1-ї групи

хімічного факультету

Косенко М. М.

Перевірила

Стороженко Т. П.

Краснодар +2002.

Зміст:





  1. Хімічний склад. Різновиди шпінелоідов. ..................... 3.

  2. Будова благородної шпінелі. .......................................... .. 6.

  3. Практичне застосування з'єднань типу X 2+ Y 2 3+ O 4 2-............... 12.

  4. Синтез шпінелі складу MgAl 2 O 4. ....................................... ..14.

  5. Список використаної літератури. ....................................... ... 15.


Формула головного представника групи шпінелі - MgAl 2 O 4.

Н азваніе, ймовірно, походить від лат. "Спінелла" - маленький шип, що пов'язано з октаедричної формою кристалів.

Хімічний склад - зміст (у%): MgO - 28,2; Аl 2 О з - 71,8; звичайні домішки заліза, хрому, цинку, марганцю. Колір - зеленувато-синій, синій до чорного, рожевий, червоний (обумовлений домішками).

Чорта - біла.

Блиск - скляний.

Прозорість - від непрозорої до прозорої

Твердість - 8.

Щільність - 3,6 г / см 3.

Злам - раковистий.

Сингонія - кубічна, гексаоктаедріческій вид симетрії.

Розщеплення - недосконала по (111).


Назва:

Шпінель

Формула :

MgAl 2 O 4

Позначення виду симетрії:

m3m, 3L 4 4L 3 6L 2 9PC

Федоровська група :

Fd3m

Параметри елементарної комірки :

a 0 = 1; b 0 = 1; c 0 = 1
 = 90;  = 90;  = 90





Елементарна комірка.


Зустрічається переважно у формі октаедричних кристалів (інші прості форми рідкісні) зазвичай невеликих розмірів. Характерні двійники зрощення по (111} - по шпінелевих закону. Менш поширені ізометричні зерна і зернисті агрегати. У реальних кристалів шпінелі зазвичай найбільш розвинена одна або пара протилежних граней октаедра. При цьому шпінелевих двійники набувають характерного треугольно-пластинчастий вигляд з роздвоєними (вхідними) кутами .

Забарвлення шпінелі визначається в основному изоморфной домішкою Fe 2+ (плеонаст і Герцін - зелено-бура до чорної), Fе 3+ (хлоршпінель - травяно- і оливково-зелена), Fe 2+, Fe 3+, і Сг (Пікот - жовто-зелена, зелена), Zn (ганошпінель - зеленувато-синя, темно-синя).

Типовий мінерал магнезіальних апатиту, асоціює з форстеритів, енстатіта, диопсидом, кальцитом і ін. В основному мінерали групи шпінелі присутні в якості акцесорних в основних вивержених породах, деяких пегматитах, метаморфизованних глиноземисті осадових породах і глінозёмсодержащіх ксенолітах у вивержених породах, а також в контактово- метаморфічних вапняках. При їх руйнуванні утворюються піски, що містять шпінель (Шрі-Ланка, Бірма). Герцін зазвичай зустрічається в багатьох залізом і збіднених кремнекислотой глиноземисті контактовому роговиках і їх ксенолітах, в гранулітамі, метаморфизованних піроксенітах і ультраосновних породах. Ганітом поширений мало, відомий в гранітних пегматитах. Галаксі рідкісний.

Магнетит широко поширений як невід'ємний акцесорний мінерал вивержених порід і присутній у складі так званих чорних пісків, утворених при їх руйнуванні. Також він нерідко зустрічається спільно з ільменітом в породах габбровой серії (Егерсунн, Норвегія, ПАР), а в асоціації з апетитом - в сиенит-Порфіріо відомого родовища Кируна у Швеції. Внаслідок метоморфізма магнетит утворюється в пластових кременистих залізних рудах докембрійського віку. Часто містить титан. Відзначається в фумарольних відкладеннях Долини Десяти Тисяч Димов на Алясці. Франклін є основним мінералом цинкових родовищ, що залягають в кристалічних вапняках під Франклін-Фернас, Нью-Джерсі. Інші члени підгрупи магнетиту рідкісні.

Хроміт незмінно пов'язаний з перидотитами (або з розвиненими по них серпентинітами), норитами і анортозитами. Його сегрегації в магматичних породах часто мають форму латерально витриманих шарів, що акумулюють великі запаси хроміту. Великі родовища знаходяться на Уралі, ПАР, Зімбабве, Кубі і т.д.

Ульвошпінель зустрічається практично тільки у вигляді мікроскопічних виділень у магнетит, паралельних {100}. Ці дуже тонкі виділення, розвиваються по двох площинах під прямим кутом один до одного, утворюють так звану коробчатую або тканинну структуру, яка спостерігається в шліфах. Маггеміт є продуктом окислення магнетиту.

Прозора різновид мінералу - благородна шпінель - є дорогоцінним каменем. Великі (розмір по ребру більше 10 мм) непрозорі тріщинуваті кристали рожевої шпінелі використовуються як колекційний матеріал. Знахідки такого матеріалу пов'язані переважно з магнезіальних скарнами (родовище Кухілал на Памірі). Найбільший інтерес представляють зразки кальцифиров, що містять дрібні прозорі кристали рожево-червоної шпінелі в асоціації з помаранчевим дравітом і кліногуміти. Колекційне значення мають також великі (5-10 см), добре ограновані кристали шпінелі темно-синього і чорного кольору, включені в кальцифиров (Алданский р-он Якутії). Дуже декоративні штуфи кристалів шпінелі і діопсид у білій або рожевою кальцитовой масі. Прекрасні кристали темно-зеленою й чорною хлоршпінелі в асоціації з диопсидом, гранатом, везувіаном, хлоритами зустрічаються в хлоритових скарнах (родовища Шішімское і Назямскіе гори в Челябінській обл.).

Визначається за октаедричної формі кристалів і високої твердості.
Існують двійники, їх структура і будова підкоряються наступному закону:


Закон:

Зображення:

Шпінелевих
двойникового вісь: [111]
двойникового пл-ть: {111}







Теорія симетрії кристалів шпінелі.

1) Група шпінелі. У цю групу входять складні оксиди із загальною формулою АВ 2 О 4, де A = Mg2 +, Fe2 + іноді Zn 2 +, Mn 2 +, Be 2 +, а B = Fe 3 +, Al 3 +, Cr 3 +, Mn 3 +. Мінерали групи шпінелі мають деякі обшіе властивості. Більшість з них кристалізується в кубічної сингонії. Всі ці мінерали утворюють добре ограновані кристали октаедричні габітусу. У них спостерігається висока твердість, відсутня спайність, вони хімічно і термічно стійкі. Для всіх шпінелідов характерні високотемпературні умови образованія.В поверхневих умовах більшість їх стійко і зберігається в розсипах.
Структура кристалу шпінелі.

2) Кристалічна структура шпінелі MgAl 2 O 4.

В основі структури нормальної шпінелі MgAl 2 O 4 -

тришарова щільна упаковка атомів О, на яку

вказують слагающие всю структуру гранецентрированного

куби. Характер заповнення 1/2 октаедричних і 1/8

тетраедричних пустот цієї упаковки атомами Al і Mg

відповідно призводить до того, що елементарна комірка

структури мінералу виявляється складеної з восьми

малих F-кубів. Довжина ребра елементарної комірки близько 0,8 нм. У такій увосьміренной елементарній комірці атоми Mg розташовуються по "алмазному" закону. Це легко побачити, якщо перший атом Mg помістити в найближчу до

початку координат тетраедричних порожнечу.

Подібне розташування [MgO 4] -тетраедрів задає структурі

шпінелі просторову групу з координатними

кліноплоскостямі d, відкидаючи при цьому координатні

дзеркальні площини просторової групи,

описує симетрію чистої кубічної плотнейшей

упаковки, і зберігаючи загальні для обох груп: тип решітки

Браве, діагональні дзеркальні площини і осі третього

порядку, тобто кубічну симетрію всієї структури.

Перемістивши початок координат в перший (вихідний) атом Mg

(000) і привівши до нього висоти (координати z) інших атомів (Mg і O), побачимо, що атоми Al розташовуються в такій нової великої осередку в незайнятих атомами Mg октантах. Причому четвірки з атомів Al

доповнюють вільні від атомів Mg кисневі тетраедри

до кубів. Положення атомів Al підкоряються заданим атомами Mg кліноплоскостям d. Таким чином, просторовою групою, яка описує

симетрію структури шпінелі, буде група, в якій

позиції атомів Mg, що знаходяться в Тетраедрічеськая

оточенні атомів О, успадковують симетрію тетраедра, тобто

точкову групу, атоми Al опиняються в

центросімметрічни позиціях, атоми О - в моноваріантних

позиціях на осях третього порядку - 3m:

Mg - 8 (a): 000,

Al - 16 (d):

O - 32 (e) 3m:

де х 7/8,

a = 8,11.

Акцентуючи увагу при описі структурного типу

Шпінелі (АВ 2 О 4) на мотиві заповнення октаедричних і

тетраедричних пустот кубічної ретельним упаковки з

атомів кисню, тобто розглядаючи її поліедріческіх

модель, легко виявити перпендикулярні осям третій

порядку октаедричні шари (111), заповнені атомами

Al по "шпінелевих" закону (заповнені ѕ октаедричних порожнеч) і чергуються з антішпінелевиі шарами (заповнена 1/4 октаедричних порожнеч), що підтверджує відношення Al: O = 1: 2 в хімічній

формулою сполуки. При цьому поодинокі Al-октаедри

"антішпінелевого" шару сідають на трикутні

"посадочні майданчики", утворені ребрами трьох

Al-октаедрів попереднього шпінелевих шару.

Трійки ж ребер верхній грані одиночних октаедрів

є також спільними з ребрами трійок Al-октаедрів, але

вже наступного шпінелевих шару. Таким чином, два

найближчих шпінелевих шару виявляються пов'язаними точками

інверсії, що збігаються з центрами одиночних октаедрів

антішпінелевого шару.Підставами Mg-ортотетраедров, розташованих у

антішпінелевих шарах, служать трикутні грані порожніх

октаедрів з шпінелевих шару. Вершини

тетраедрів, протилежні їх підстав, є

загальними для трьох Al-октаедрів вище- і нижележащих

шпінелевих шарів. Таким чином, порожній октаедр

шпінелевих шару опиняється між антипаралельними

гранями двох Mg-тетраедрів, пов'язаних один з одним

другий системою центрів інверсії, розташованих у цих

порожніх октаедром. Найближчі друг до друга шпінелевих шари зміщені косо

розташованої до них трансляцією, яка є ребром

примітивного ромбоедра - ребром основного осередку

гранецентрированного куба. Просторова схема перетину порожнеч дуже складна. Перетин шарів катіонів ланцюжками октаедеров відбувається в напрямках {110} .Связі в структурі шпінелі змішані, іонно-ковалентні. У проекції

поліедріческіх моделі структури шпінелі на площину

(111), перпендикулярну осі третього порядку,

добре видно дзеркальні площини симетрії,

пересічні вздовж цієї осі. У підсумку виявляється

просторової групи, що є в даному випадку підгрупою

кубічної просторової групи.




ріс.е.
Кристалічна структура шпінелі MgAl 2 O 4: а -

проекція ху структури мінералу; виділені Mg-тетраедри; б

- Загальний вигляд структури; в - графік ін. гр. Fd3m (O 1 k) з нанесеними

на нього атомами Mg, Al і О; г - шпінелевих октаедричному шар; д - фрагмент структури в проекції на площину (111); спосіб зчленування шпінелевих і

антішпінелевого шарів; е - ідеалізована споруда з Al-октаедрів в структурному типі шпінелі.

Іони O 2- знаходяться приблизно в плотнейшей кубічної упаковці. Осередок містить тетраедричних порожнечі, число яких 64 (вузли А), і октаедричні порожнечі в кількості 32 (вузли В). Вісім вузлів А і 16 вузлів В займають катіони, розташовані таким чином, що ряди заповнених ними октаедрів, з'єднаних між собою ребрами, витягуються уздовж однієї діагоналі куба, зв'язуючись в ланцюжки за рахунок зайнятих тетраедрів. У результаті утворюється один шар (рис. Е). Тетраедри з'єднують його з октаедра сусіднього шару, який розташовується уздовж іншої діагоналі грані куба. Чотири таких шару утворюють елементарну комірку. Кожен атом кисню є спільним для двох октаедрів і одного тетраедра. Катіони представлені двома типами: А 2+ і В 3+. У нормальній шпінелі катіони А 2+ знаходяться у вузлах А, а В 3+ - у вузлах. Однак існує звернена шпінель, у якої 8В 3+ розташовуються у вузлах А, а (8 А 2+ + 8 В 3+) безладно розподілені по кутах В. Вибір між цими двома способами розташування атомів визначається енергією входять в структуру іонів, стабілізуючою кристалічне поле решітки. Другий варіант реалізується в тих випадках, коли більший з двох катіонів займає тетраедричних вузли, порушуючи звичайне правило. Як у нормальних, так і в обернені шпінелі залишаються незаповнені катіонами порожнечі обох сортів. Крім того, існує ряд шпинелей, проміжних між нормальними і зверненими.
3). Досліджено низькотемпературна (20-400 ° C) екзоеміссія негативних зарядів зі складних оксидів, що мають структуру перовскитів складу X 3+ Y 2+ Про 3 ( X 3+ = La; Y 2+ = Co, Mn, Ni) і структуру шпінелі X 2+ Y 2 3+ O 4 2- (X 2+ = Cu; Y 3+ = Fe, Co, Cr). Знайдені кореляції між каталітичною активністю в реакціях окислення СО, етилбензолу і пропилену і емісійною здатністю оксидів. Обговорено роль слабозв'язаного кисню та іонів змінної валентності у процесах екзоеміссіі і окисного каталізу складними оксидами.

Завдяки цим дослідженням стало можливим застосування шпінелі, як каталізатора в окислювальному каталізі ненасичених ациклічних вуглеводнів.

Структура шпінелі характерна для ряду неметалічних магнітних кристалів, що володіють поєднанням напівпровідникових і магнітних властивостей, що використовуються в техніці надвисоких частот і запам'ятовуючих пристроях ЕОМ.
4) .Ісследован процес синтезу MgAl 2 O 4 з оксиду магнію і гідроксиду алюмінію в атмосфері парів води Р = 20 МПа в інтервалі температур 380 - 400 в присутності активуючих добавок іонів Cr (VI). Методами рентгенофазового і рентгенографічного аналізів і електронної спектроскопії встановлено, що процес дифузії і гомогенного розподілу іонів магнію за структурою проміжної фази синтезу - беміт лімітується ступенем разупорядочения кристалічної решітки останнього. Введення в реакційну систему іонів Cr (VI) сприяє виникненню додаткових порушень у структурі беміт, полегшуючи процеси дифузії та перебудови глиноземний матриці. Процес завершується стабілізацією іонами магнію кубічної кисневої підгратки, що виникає при утворенні кристалічної структури шпінелі.



5) .Ізучена можливість отримання алюмомагнезіальной шпінелі з високими показниками властивостей за енергозберігаючою технологією та з урахуванням утилізації ультрадисперсного каустику. Методом одностадійного синтезу спіканням щільного брикету на основі промислових порошків каустику і глинозему отримували шпінельної матеріали різних складів: Стехіометрична шпинель шпінелі з надлишком обох компонентів. Для інтенсифікації процесів шпінелеобразованія і спікання були використані різні комплексні добавки (хімічні та керамічні) в кількості від 1 до 10% мас. Вплив використовуваних добавок на спікання і фізико-механічні властивості брикетів залежало від співвідношення компонентів у формувальної суміші. Повну освіту шпінелі в брикетах встановлено при температурі 1650 .

Список використовуваних ресурсів та літератури:



1.Неофіціальний сайт Геологічного факультету МДУ.

2.Офіціальний сайт Російської Академії Фізичних Наук.

3.Офіціальний сайт Фізичного факультету МДУ.

4.Офіціальний сайт Фізичного факультету ВДУ.

5.М. П. Шаськольськая: "Кристалографія" М. "Вища школа" 1977. С. 388

6.Електронние періодичні видання Російської Академії Фізичних Наук.

7.Офіціальний сайт ювелірів Росії.

8.Геологіческій сайт Росії.