Spinell

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.

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Struktur

Viele Verbindungen des Typs AB₂O₄ kristallisieren im Spinelltyp. Die O^2--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

.

Da ,

entspricht dies einer LFSE von

.

• Oktaederlücke: Im oktaedrischen Ligandenfeld werden die 2 e_g-Orbitale um 6 Dq angehoben und die 3 t_2g-Orbitale um 4 Dq abgesenkt. Diese werden mit 6 Elektronen in der High-spin-Anordnung aufgefüllt. Damit liegt die LFSE bei

.

• Cr³⁺:

• Tetraederlücke: Cr³⁺ ist ein d³-Ion. Damit liegt die LFSE bei

.

• Oktaederlücke: Die LFSE liegt bei

.

Normaler Spinell (Fe^TCr^OCr^OO₄):

Inverser Spinell (Fe^OCr^TCr^OO₄):

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]