Шпинель. Структура шпинели

Информация - Химия

Другие материалы по предмету Химия

Для того чтобы скачать эту работу.
1. Подтвердите что Вы не робот:
2. И нажмите на эту кнопку.
закрыть



ческом

окружении атомов О, наследуют симметрию тетраэдра, т.е.

точечную группу , атомы Al оказываются в

центросимметричных позициях , атомы О - в моновариантных

позициях на осях 3-го порядка - 3m:

Mg - 8 (a) : 000,

Al - 16 (d) :

O - 32 (e) 3m :

где х 7/8,

a = 8,11.

Акцентируя внимание при описании структурного типа

Шпинели (АВ2О4) на мотиве заполнения октаэдрических и

тетраэдрических пустот кубической плотнейшей упаковки из

атомов кислорода, т.е. рассматривая ее полиэдрическую

модель, легко обнаружить перпендикулярные осям 3-го

порядка октаэдрические слои (111), заполненные атомами

Al по "шпинелевому" закону (заполнены октаэдрических пустот) и чередующиеся с антишпинелевыи слоями (заполнена 1/4 октаэдрических пустот), что подтверждает отношение Al : O = 1 : 2 в химической

формуле соединения. При этом одиночные Al-октаэдры

"антишпинелевого" слоя садятся на треугольные

"посадочные площадки", образованные ребрами трех

Al-октаэдров предыдущего шпинелевого слоя.

Тройки же ребер верхней грани одиночных октаэдров

являются также общими с ребрами троек Al-октаэдров, но

уже следующего шпинелевого слоя. Таким образом, два

ближайших шпинелевых слоя оказываются связанными точками

инверсии, совпадающими с центрами одиночных октаэдров

антишпинелевого слоя. Основаниями Mg-ортотетраэдров, расположенных в

антишпинелевых слоях, служат треугольные грани пустых

октаэдров из шпинелевого слоя. Вершины

тетраэдров, противоположные их основаниям, являются

общими для трех Al-октаэдров выше- и нижележащих

шпинелевых слоев. Таким образом, пустой октаэдр

шпинелевого слоя оказывается между антипараллельными

гранями двух Mg-тетраэдров, связанных один с другим

второй системой центров инверсии, расположенных в этих

пустых октаэдрах. Ближайшие друг к другу шпинелевые слои смещены косо

расположенной к ним трансляцией, являющейся ребром

примитивного ромбоэдра - ребром основной ячейки

гранецентрированного куба. Пространственная схема пересечения пустот очень сложна. Пересечение слоёв катионов цепочками октаэдеров происходит в направлениях {110}.Связи в структуре шпинели смешанные, ионно-ковалентные. В проекции

полиэдрической модели структуры шпинели на плоскость

(111), перпендикулярную оси 3-го порядка,

хорошо видны зеркальные плоскости симметрии,

пересекающиеся вдоль этой оси. В итоге обнаруживается

пространственной группы, являющаяся в данном случае подгруппой

кубической пространственной группы.

 

 

рис.е.

 

Кристаллическая структура шпинели MgAl2O4: а -

проекция ху структуры минерала; выделены Mg-тетраэдры; б

- общий вид структуры; в - график пр. гр. Fd3m(O1k) с нанесенными

на него атомами Mg, Al и О; г - шпинелевый октаэдрический слой; д - фрагмент структуры в проекции на плоскость (111); способ сочленения шпинелевого и

антишпинелевого слоев; е - идеализированная постройка из Al-октаэдров в структурном типе шпинели.

Ионы O2- находятся приблизительно в плотнейшей кубической упаковке. Ячейка содержит тетраэдрические пустоты, число которых 64 (узлы А), и октаэдрические пустоты в количестве 32 (узлы В). Восемь узлов А и 16 узлов В занимают катионы, расположенные таким образом, что ряды заполненных ими октаэдров, соединённых между собой рёбрами, вытягиваются вдоль одной диагонали куба, связываясь в цепочки за счёт занятых тетраэдров. В результате образуется один слой (рис. е). Тетраэдры соединяют его с октаэдрами соседнего слоя, который располагается вдоль другой диагонали грани куба. Четыре таких слоя образуют элементарную ячейку. Каждый атом кислорода является общим для двух октаэдров и одного тетраэдра. Катионы представлены двумя типами: А2+ и В3+ . В нормальной шпинели катионы А2+ находятся в узлах А, а В3+ - в узлах. Однако существует обращенная шпинель, у которой 8В3+ располагаются в узлах А, а (8 А2+ + 8 В3+) беспорядочно распределены по углам В. Выбор между этими двумя способами расположения атомов определяется энергией входящих в структуру ионов, стабилизирующей кристаллическое поле решётки. Второй вариант реализуется в тех случаях, когда больший из двух катионов занимает тетраэдрические узлы, нарушая обычное правило. Как в нормальных, так и в обращенных шпинелях остаются незаполненные катионами пустоты обоих сортов. Кроме того, существует ряд шпинелей, промежуточных между нормальными и обращенными.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3). Исследована низкотемпературная (20400 C) экзоэмиссия отрицательных зарядов со сложных оксидов, имеющих структуру перовскитов состава X3+ Y2+ О3 ( X3+ = La; Y2+ = Co, Mn, Ni) и структуру шпинели X2+Y23+O42- ( X2+= Cu; Y3+ = Fe, Co, Cr). Найдены корреляции между каталитической активностью в реакциях окисления СО, этилбензола и пропилена и эмиссионной способностью оксидов. Обсуждена роль слабосвязанного кислорода и ионов переменной валентности в процессах экзоэмиссии и окислительного катализа сложными оксидами.

Благодаря этим исследованиям стало возможным применение шпинели, как катализатора в окислительном катализе ненасыщенных ациклических углеводородов.

Структура шпинели характерна для ряда неметаллических магнитных кристаллов, обладающих сочетанием полупроводниковых и магнитных свойств, использующихся в технике сверхвысоких частот и запоминающих устройствах ЭВМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4).Исследован процесс синтеза MgAl2O4 из оксида магния и гидроксида алюминия в атмосфере паров воды Р = 20 МПа в интервале температур 380 - 400 в присутствии активирующих добавок ионов Cr(VI). Методами рентгенофазового и рентгенографического анализов и электронной спектроскопии установлено, что процесс диффузии и гомогенного распределения ионов магния по структуре промежуточной фазы синтеза - бемита лимитируется степенью разупорядочения кристаллической решетки последнего. Введение в реакционную систему ионов Cr(VI) способствует возникновению дополнительных нарушений в структуре бемита, облегчая процессы диффузии и перестройки глиноземной матрицы. Процесс завершается стабилизацией ионами магния кубической кислородной подрешетки, возникающей при образовании кристаллической структуры шпинели.

5).Изучена возможность получения алюмомагнезиальной шпинели с высокими показателями свойств по энергосберегающей технологии и с учетом утилизации ультрадисперсного каустика. Методом одностадийного синтеза спеканием плотного брикета на основе промышленных порошков каустика и глинозема получали шпинельные материалы различных составов: стехиометрическую шпинель и шпинели с избытком обоих компонентов. Для интенсификации процессов шпинелеобразования и спекания были использованы различные комплексные добавки (химические и керамические) в количестве от 1 до 10 % масс. Влияние используемых добавок на спекание и физико-механические свойства брикетов зависело от соотношения компонентов в формовочной смеси. Полное образование шпинели в брикетах установлено при температуре 1650 .

 

 

 

 

 

Список используемых ресурсов и литературы:

 

1.Неофициальный сайт Геологического факультета МГУ.

2.Официальный сайт Российской Академии Физических Наук.

3.Официальный сайт Физического факультета МГУ.

4.Официальный сайт Физического факультета ВГУ.

5.М. П. Шаскольская: “Кристаллография” М. “Высшая школа” 1977. С. 388

6.Электронные периодические издания Российской Академии Физических Наук.

7.Официальный сайт ювелиров России.

8.Геологический сайт России.