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

1 Struktur
- 1.1 Berechnung
2 Vorkommen
3 Varietäten
4 Bedeutung als Rohstoff
5 Etymologie
6 Quellen
7 Weblinks

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 Oktaederlücken und die B-Ionen je zur Hälfte Oktaeder- und Tetraederlücken. 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 Parser-Fehler (Unbekannter Fehler\tfrac): \Delta_\mathrm{O} = \tfrac{4}{9} \cdot \Delta_\mathrm{T}

entspricht dies einer LFSE von

Parser-Fehler (Unbekannter Fehler\tfrac): \mathrm{LFSE}=\tfrac{4}{9} \cdot 0,6\,\Delta_\mathrm{T} =0,266\,\Delta_\mathrm{O}

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

$\mathrm{LFSE}=4\cdot 4 \,\mathrm{Dq} - 2\cdot 6\, \mathrm{Dq} = 4,\ \mathrm{Dq} = 0,4 \Delta_\mathrm{O}$ .

Cr³⁺:

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

Parser-Fehler (Unbekannter Fehler\tfrac): 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 (Fe^TCr^OCr^OO₄): $\mathrm{LFSE}= 0,266\,\Delta_\mathrm{O} + 2\cdot 1,2\,\Delta_\mathrm{O} = 2,666\,\Delta_\mathrm{O}$

Inverser Spinell (Fe^OCr^TCr^OO₄): $\mathrm{LFSE}= 0,4\,\Delta_\mathrm{O}+0,8\,\Delta_\mathrm{O} + 1,2\,\Delta_\mathrm{O} = 2,4\,\Delta_\mathrm{O}$

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 Edelstein<s/>seifen vor. Bekannte Fundorte dieses Steins sind Myanmar (Birma) oder Pakistan. ^[1]

Varietäten

Aluminiumspinelle:
- Spinell
- Hercynit
- Gahnit
- Cobaltaluminiumspinell (Thénards Blau)

Eisen (III) Spinelle:
- Magnetit
- Magnesioferit
- Franklinit

Chromspinelle:
- Chromit
- Magnesiochromit
- Picotit

Titan-Spinell:
- Ulvit

Cobaltspinelle:
- Zinkcobaltspinell ZnCo₂O₄ (Rinmanns Grün)
- Cobaltaluminiumspinell CoAl₂O₄ (Thénards Blau)
- Cobaltschwarz Co₃O₄

Bedeutung als Rohstoff

Lupenreine Spinelle sind begehrte aber leider seltene Schmucksteine. Rote Spinelle weisen dabei eine äußerliche Ähnlichkeit zu Rubinen auf. Spinelle werden heute für industrielle Zwecke auch synthetisch erzeugt.

Etymologie

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

Bild:Zwei Oktaeder - beide stark verkürzt - bei Oktaederfläche miteinander verwachsen - Magneteisen Spinell.png Zwillingsausbildung Spinell

Siehe auch: Liste von Mineralen

Quellen

↑ Rupert Hochleitner: GU-Naturführer Edelsteine und Schmucksteine. 5. Auflage. Gräfe & Unzer Verlag, München 1998, S. 28, ISBN 3-7742-2131-6

Weblinks

Spinell im Mineralienatlas WiKi

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