Группа шпинели

Минералы группы шпинели типа RO•R₂O₃, согласно данным рентгенометрии, должны рассматриваться как двойные окислы, а не как соли кислородных кислот, т. е. не как алюминиаты, ферриаты и др. В этой группе широко представлены изоморфные смеси. В качестве трехвалентных металлов, замещающих друг друга, принимают участие: Fe³⁺, Аl³⁺, Сr³⁺ и Мn³⁺, а в качестве двухвалентных-главным образом Mg²⁺, Fe²⁺, иногда Zn²⁺, Mn²⁺ и изредка, обычно в небольших количествах, Ni²⁺ и Со²⁺ Характерно, что двухвалентные ионы с большими ионными радиусами - Pb, Sr, Са, Ва, а также одновалентные - Na и К совершенно не участвуют в составе минералов этой группы. В зависимости от сочетаний перечисленных элементов различают большое количество минеральных видов, имеющих много общих свойств в форме кристаллов, физических признаках и условиях образования (возникают преимущественно при высоких температурах и давлениях).

Подавляющая их масса кристаллизуется в кубической сингонии, образуя кристаллы преимущественно октаэдрического облика. Лишь некоторые принадлежат к тетрагональной сингонии, причем облик кристаллов также октаэдрический. Особняком стоит соединение аналогичной химической формулы-хризоберилл. Ионный радиус Ве²⁺ настолько мал, что это соединение имеет существенно отличную структуру, кристаллизуясь в ромбической сингонии. Кристаллическая структура минералов группы шпинели имеет довольно сложный вид (рис. 151). Кислородные ионы плотно упакованы в плоскостях, параллельных граням октаэдра. Двухвалентные катионы (Mg²⁺, Fe²⁺ и др.) окружены четырьмя ионами кислорода в тетраэдрическом расположении, в то время как трехвалентные катионы (Al³⁺, Fe³⁺, Сr³⁺ и др.) находятся в окружении шести ионов кислорода по вершинам октаэдра. При этом каждый ион кислорода связан с одним двухвалентным и тремя трехвалентными катионами. Таким образом, структура характеризуется сочетанием изометрических " структурных единиц" - тетраэдров и октаэдров, причем каждая вершина является общей для одного тетраэдра и трех октаэдров.

Эти особенности структуры хорошо объясняют такие свойства этих минералов, как оптическая изотропия, отсутствие спайности, химическая и термическая стойкость соединений, довольно высокая твердость и прочие.

Рис. 151. Кристаллическая решетка шпинели. Ионы кислорода располагаются в вершинах всех тетраэдров; ионы Аl - в вершинах, общих двум кубам; ионы Mg - в центрах тетраэдров (на рисунке не показаны)