Techniklexikon

Spinelle

Festkörperphysik, Kristallstrukturen mit dem Strukturtyp des Spinells Al₂MgO₄, im weiteren Sinne auch andere Verbindungen dieses Strukturtyps mit der allgemeinen Formel A₂BX₄. Die kubische Spinellstruktur enthält acht Formeleinheiten je Elementarzelle. Die O-Ionen bilden eine kubisch dichteste Kugelpackung, in der die Hälfte der oktaedrischen Lücken von den Al-Ionen und 1 / 8 der tetraedischen Lücken von den Mg-Ionen in einer bestimmten Ordnung besetzt sind; die Mg-Ionen nehmen die Positionen einer Diamantstruktur ein. Von den Al-Ionen bilden jeweils vier die Ecken von Tetraedern, die in die freien Achtelwürfel dieser Diamantstruktur hineingestellt erscheinen. Die AlO₆-Oktaeder sind über gemeinsame Ecken miteinander verbunden, während die MgO₄-Tetraeder voneinander isoliert sind. Jedes O-Ion ist von drei Al-Ionen und einem Mg-Ion umgeben (siehe Abb.). Spinellstruktur haben u.a. auch die Verbindungen Al₂CoO₄, Al₂ZnO₄ und Cr₂FeO₄. Neben diesen normalen Spinellen gibt es solche, in denen die zweiwertigen B-Ionen mit der Hälfte der dreiwertigen A-Ionen die Plätze getauscht haben, man bezeichnet sie als inverse Spinelle. Beispiele sind [FeGa]GaO₄, [NiFe]FeO₄ und Magnetit Fe₃O₄. Ausserdem gibt es bei den intermediären Spinellen Übergänge zwischen der normalen und inversen Verteilung. In der Spinellstruktur kristallisieren zahlreiche weitere Oxidverbindungen. Anstelle des Sauerstoffs können auch Fluor, Schwefel oder Selen auftreten. Dies führt zu einer grossen Bandbreite an Variationsmöglichkeiten für die Spinelle.

Spinelle: Projektion einer Spinellstruktur auf (100) am Beispiel des Al₂MgO₄. a) Untere Doppelschicht von dicht gepackten O-Ionen mit oktaedrisch angeordneten Al-Ionenund tetraedrisch angeordneten Mg-Ionen; b) darüberliegende Doppelschicht von O-Ionen. Die Elementarzelle erhält man durch Übereinanderlegen der beiden Doppelschichten und indem man als Ursprung das Mg-Ion links unten in a) wählt.