尖晶石型晶体结构，尖晶石的晶体结构

尖晶石是什么尖晶石结构又是什么

尖晶石的英文名称为Spinel，源自希腊文“Spark”，意思是“红色或橘黄色的天然晶体”。另一种说法认为可能来自拉丁字“Spinella”，意思是“荆棘”。

尖晶石是一族矿物，宝石级尖晶石则主要是指镁铝尖晶石，化学分子式为MgAl2O4，是一种镁铝氧化物。属等轴晶系。晶体形态为八面体及八面体与菱形十二面体的聚形。颜色丰富多彩，有无色、粉红色、红色、紫红色、浅紫色、蓝紫色、蓝色、黄色、褐色等。尖晶石的品种是依据颜色而划分的，有红、橘红、蓝紫、蓝色尖晶石等。玻璃光泽，透明。折光率1.715-1.830。均质体。硬度为8，密度3.58-4.62克/立方厘米。贝壳状断口。淡红色和红色尖晶石在长、短波紫外光下发红色荧光。

尖晶石与相似宝石、人造尖晶石的区别。红色尖晶石与红宝石十分相似，区别在于：红宝石有二色性，颜色不均匀，有丝绢状包裹体。尖晶石是均质体，无二色性，颜色均匀，固态包体为八面体。蓝色、灰蓝色、蓝紫色、绿色尖晶石与蓝宝石容易相混，区别在于：蓝宝石二色性明显，色带平直，有丝绢状包裹体和双晶面。两种宝石的密度、折光率、偏光性都不同。人造尖晶石颜色浓艳，均一，包裹体少，偶而有弧形生长线，折光率高，为1.727左右。红色人造尖晶石多仿造红宝石的红色，蓝色尖晶石多呈艳蓝色。天然尖晶石还可以根据内部包裹体的特征与人造尖晶石区别。

尖晶石的评价与选购。颜色、透明度、重量是尖晶石的评价与选购的依据。尖晶石有各种颜色，通常含有较多的包裹体，呈成层分布，透明度较好。红色尖晶石最受人欢迎，鲜红色，透明度高，重量大的是其佳品。有星光效应的尖晶石也较贵重。深红、大红、艳蓝、绿的尖晶石也较好。

尖晶石自古以来就是较珍贵的宝石。由于它的美丽和稀少，所以也是世界上最迷人的宝石之一。由于它具有美丽的颜色，自古以来一直把它误认为是红宝石。目前世界上最具有传奇色彩、最迷人的重361克拉的“铁木尔红宝石”(Timur Ruby)和1660年被镶在英帝国国王王冠上重约170克拉的“黑色王子红宝石”(Black Prince's Ruby)，直到近代才鉴定出它们都是红色尖晶石。在我国清代皇族封爵和一品大官帽子上用的红宝石顶子，几乎全是用红色尖晶石制成的，尚未见过真正的红宝石制品。世界上最大、最漂亮的红天鹅绒色尖晶石，重398.72克拉，是1676年俄国特使奉命在我国北京用2672枚金币卢布买下的，现存于俄罗斯莫斯科金刚石库中。

尖晶石在自然界中形成于熔融的岩浆侵入到不纯的灰岩或白云岩中经接触变质作用形成的。有些出现在富铝的基性岩浆岩中。世界上著名的尖晶石产地有缅甸、斯里兰卡、柬埔寨、泰国等国。我国的河南、河北、福建、新疆、云南等省发现了类型多样的尖晶石矿床。

尖晶石的基本特征

（1）化学成分：尖晶石（Spinel）为镁铝氧化物，化学式为MgAl2O4。

（2）晶系：等轴晶系。

（3）结晶习性：常呈八面体晶形和磨蚀卵石。有时呈可见八面体与菱形十二面体或立方体聚形。（尖晶石双晶常见）（即以{111}为双晶接合面构成的接触双晶。）八面体晶体有时显示三角形的生长标志。尖晶石八面体及双晶见图9-7-1。

（4）解理：无，大多数尖晶石易碎。

（5）硬度：8。

（6）相对密度：3.58～3.61，常为3.60。

（7）折射率：随颜色的变化而变化，为单折射宝石。红色尖晶石 1.715～1.740；蓝色尖晶石 1.715～1.747；其他色尖晶石 1.712～1.717。

（8）色散：中等，0.020。

（9）光泽：玻璃光泽

图9-7-1 尖晶石的八面体

（10）内含物：常含小八面体晶形的其他类的尖晶石或者磁铁矿。这些小八面体晶形有时呈面网状或一排排或漩涡状排列。斯里兰卡产的能见到锆石包裹体和周围颜色变深的锆石晕，同时锆石周围有由应力裂纹造成的羽毛状包裹体。缅甸抹谷产的尖晶石能见到方解石、磷灰石、白云石、橄榄石等矿物包裹体。

尖晶石的晶体结构

尖晶石的晶体结构包扣哪些？接下来生辰石为你寻找答案。尖晶石化学成分中类质同象替代很普遍，常可含铁、锌、铬、锰等。八面体晶形很常见；还常以八面体面为双晶面和接合面构成双晶，称为尖晶石律双晶。

晶体结构

　　尖晶石晶体，属于等轴晶系，为面心立方，Z=8。基本结构是氧按ABC顺序在垂直于（111）方向堆积。四面体与八面体层相间，四面体与八面体数之比为2:1。尖晶石结构可看作氧离子形成立方最紧密堆积，再由X离子占据64个四面体空隙的1/8，即8个A位，Y离子占据32个八面体空隙的1/2，即16个B位。由此得出尖晶石单位晶胞的通式为X8Y16O32，简约后常写作XY2O4〔1～5〕。

　　尖晶石的晶体包括正常尖晶石型结构、反尖晶石型结构。

　　正常尖晶石型结构：氧离子成立方紧密堆积，三价阳离子占据六次配位的八面体空隙，二价阳离子占据四次配位的四面体空隙。正尖晶石结构，结构通式XY2O4，X为二价阳离子，Y为三价阳离子。其中X占据四面体位置，Y占据八面体位置。

　　反尖晶石型结构：二价阳离子和半数三价阳离子占据八面体空隙，另半数三价阳离子占据四面体空隙。反尖晶石型结构又称倒置尖晶石型结构。若结构中所有的X阳离子和一半的Y阳离子占据八面体位置，另一半Y阳离子占据四面体位置，则称反尖晶石结构，结构通式Y[XY]O4。磁铁矿（Fe2+FeO4）的结构即属此种类型。

化学成分为MgAl2O4，晶体属等轴晶系的氧化物矿物。尖晶石的晶体结构中，氧离子成立方紧密堆积，三价阳离子占据六次配位的八面体空隙，二价阳离子占据四次配位的四面体空隙。这种结构称为正常尖晶石型结构。如果二价阳离子和半数三价阳离子占据八面体空隙，另半数三价阳离子占据四面体空隙，则构成所谓反尖晶石型结构，或称倒置尖晶石型结构。磁铁矿(Fe2+FeO4)的结构即属此种类型。尖晶石化学成分中类质同象替代很普遍,常可含铁、锌、铬、锰等。八面体晶形很常见;还常以八面体面为双晶面和接合面构成双晶，称为尖晶石律双晶。尖晶石由接触变质作用形成，或由岩浆结晶而产于基性、超基性火成岩中。透明而色泽艳丽的尖晶石是高档宝石材料。等轴晶系，a0=0.8103nm(合成镁尖晶石)；Z=8。基本结构是氧按ABC顺序在⊥(111)方向堆积。四面体与八面体层相间，四面体与八面体数之比为2:1。正尖晶石结构，结构通式XY2O4，X为二价阳离子，Y为三价阳离子。其中X占据四面体位置，Y占据八面体位置。若结构中所有的X阳离子和一半的Y阳离子占据八面体位置，另一半Y阳离子占据四面体位置，则称反尖晶石结构，结构通式Y[XY]O4。大多数天然尖晶石都具有介于这两种极端间的阳离子分布。六八面体晶类，Oh-m3m(3L44L36L29PC)。常呈八面体晶形，有时与菱形十二面体和立方体成聚形。常依(111)为双晶面和接合面构成尖晶石律双晶。天然镁铝尖晶石（MgAl2O4）所具有的一种独特的晶体结构被称为尖晶石型结构。该结构属立方晶系，面心立方点阵。尖晶石结构可看作氧离子形成立方最紧密堆积，再由X离子占据64个四面体空隙的1/8，即8个A位，Y离子占据32个八面体空隙的1/2，即16个B位。由此得出尖晶石单位晶胞的通式为X8Y16O32，简约后常写作XY2O4〔1～5〕。大多数尖晶石结构化合物，A、B位离子化合价比为2:3。在现有百余种尖晶石结构化合物中，除2:3外电价比最常见的是4:2，其结构多为反尖晶石结构，如TiMg2O4，TiZn2O4，TiMn2O4。反型结构可看作8个A位离子与16个B位离子中的8个进行相互换位，即8个Y2+离子进入四面体间隙（A位），而剩下8个Y2+离子与8个X4+离子复合占据正常情况下B位的八面体间隙。除正反两种极端情况外，还可能有混合型中间状态分布。这样可用反分布率α定量表示X离子占八面体上的分数，从而将各种尖晶石结构通式扩充如下：正型：（X）四面体〔Y2〕八面体O4，α=0； 反型：（Y）四面体〔X，Y〕八面体O4，α=1；混合型：（Yα，X1－α）四面体〔Xα，Y2－α〕八面体O4，0<α<1。 正与反型的属性及反位的程度对于化合物材料的性能有较大影响。对于常见的2∶3和4∶2电价比的尖晶石结构，似乎前者趋正型，后者趋反型。但纵观全部物种，不仅有相当数量趋于混合型，且范围程度不能确定，而且还有若干品种完全不遵从这一规律。影响这种分布的因素极其复杂，有离子键的静电能、离子半径、共价键的空间分布、晶体场等诸多方面。根据经验数据可将大部分二、三价离子的优先顺序排出：Zn2+，Cd2+，Ga2+，In3+，Mn2+，Fe3+，Mn3+，Fe2+，Mg2+，Cu2+，Co2+，Ti3+，Ni2+，Cr3+。越往前倾向于四面体填隙，反之倾向于八面体填隙。阳离子的分布对尖晶石型材料的性能也有重大影响〔1，4〕。偏光镜下：颜色随成分而变，无色、浅玖瑰色(镁尖晶石)、暗绿色(铁尖晶石)、浅灰白色(锌尖晶石)。尖晶石为均质体，但锌尖晶石可有光性异常。

尖晶石晶体，属于等轴晶系，为面心立方，Z=8。基本结构是氧按ABC顺序在垂直于(111)方向堆积。四面体与八面体层相间，四面体与八面体数之比为2:1。尖晶石结构可看作氧离子形成立方最紧密堆积，再由X离子占据64个四面体空隙的1/8，即8个A位，Y离子占据32个八面体空隙的1/2，即16个B位。由此得出尖晶石单位晶胞的通式为X8Y16O32，尖晶石的晶体包括正常尖晶石型结构、反尖晶石型结构。