Шпинель. Особенности ее строения - Геология, гидрология и геодезия реферат

Главная

Геология, гидрология и геодезия
Шпинель. Особенности ее строения

Шпинель как один из драгоценных камней, известных с глубокой древности, история ее исследования и промышленное значение, сферы применения. Кристаллическая структура и химические свойства, ее формы: нормальные и обращенные. Происхождение и месторождения.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Исследования по синтезу шпинели начались уже через несколько лет после разработки метода Вернейля и быстро увенчались успехом, хотя первый результат был в какой-то степени случайным. При попытке получить синий сапфир из смеси окислов алюминия, магния и кальция с добавкой окиси кобальта извлеченный из аппарата Вернейля кристалл оказался не гексагональным сапфиром, а кубической шпинелью. Это послужило толчком для проведения планомерных работ по синтезу шпинели, исследованию ее свойств и промышленному использованию. В настоящее время монокристаллы синтетической шпинели находят широкое применение в различных устройствах в качестве диэлектрического и оптического материала, а также подложек для эпитаксиального наращивания полупроводниковых пленок в интегральных электронных схемах. Цель: ознакомиться со строением кристаллической решеткой шпинели, изучить особенности структуры. Для этого необходимо выполнить следующие задачи:
1) рассмотреть химическое строение шпинели;
2) рассмотреть кристаллическую решетку и особенности ее построения;
3) изучить появления «шпинелевых» двойников;
4) ознакомиться с диагностическими признаками шпинели.
Шпинель - один из драгоценных камней, известных с глубокой древности. В древности шпинель относили к карбункулам (красным камням), т.к. ярко-красные шпинели не отличали от рубина и от граната-пиропа - карбункулом древних мог быть любой из этих трех камней. Огранённые шпинели способны как бы светиться в сумерках. Красный лал (рубиновая шпинель), прозрачный и чистый, напоминает рубин, иногда превосходит его по красоте и блеску, но уступает ему по твёрдости: стирается в углах и рёбрах. Шпинели приписывается множество удивительных магических и целебных свойств.
Слово «шпинель» пришло к нам от французского spinelle, но происхождение последнего неясно. Этимологически наиболее вероятно происхождение от слова spinella - уменьшительной формы латинского слова spina (шип), от которого происходит английское слово spine. Однако это - не слишком подходящее название для кристаллов шпинели, и первоначально оно, возможно, прилагалось к минералу, кристаллы которого имеют характерную игольчатую форму, и лишь впоследствии было перенесено на собственно шпинель. Согласно другому предположению, слово «шпинель» происходит от греческого «искра» и его не вполне обычной формы, применявшейся для обозначения этого минерала в связи с красным цветом наиболее ценных его кристаллов.
Минералы группы шпинели типа RO*R 2 O 3 , согласно данным рентгенометрии, должны рассматриваться как двойные окислы, а не как соли кислородных кислот, т.е. не как алюминаты, ферриаты и др. В этой группе широко представлены изоморфные смеси. В качестве трехвалентных металлов, замещающих друг друга, принимают участие: Fe 3+ , Аl 3+ , Сr 3+ и Мn 3+ , а в качестве двухвалентных-главным образом Mg 2+ , Fe 2+ , иногда Zn 2+ , Mn 2+ и изредка, обычно в небольших количествах, Ni 2+ и Со 2+ . 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.
Кристаллическая структура минералов группы шпинели имеет довольно сложный вид. Каждый катион А в структуре шпинели располагается в центре тетраэдра. Он окружен четырьмя анионами. Каждый В-катион расположен в вершине октаэдра и окружен шестью анионами. Таким образом, структура шпинели состоит из тетраэдров и октаэдров, каждый ион кислорода принадлежит одновременно одно тетраэдру и трем октаэдрам. Все тетраэдры в шпинельной структуре обособлены друг от друга.
Таким образом, кислородные ионы плотно упакованы в плоскостях, параллельных граням октаэдра. Двухвалентные катионы (Mg 2+ , Fe 2+ и др.) окружены четырьмя ионами кислорода в тетраэдрическом расположении, в то время как трехвалентные катионы (Al 3+ , Fe 3+ , Сr 3+ 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.
Шпинель - MgAl 2 O 4 . Прозрачные разности, красиво окрашенные в различные цвета (красный, розовый, зеленый, синий, фиолетовый и др.), носят название благородной шпинели.
Химический состав . MgO 28,2%, Аl 2 O 3 71,8%. Наблюдаются примеси: Fe 2 O 3 , обусловливающая бутылочно-зеленую окраску (хлорошпинель); FeO, которая вместе с Fe 2 O 3 вызывает коричневую или черную окраску; иногда ZnO, МnО, Сr 2 O 3 .
Сингония: кубическая, гексаоктаэдрический вид симметрии.
Параметры элементарной a 0 =1; b 0 =1;
Встречается преимущественно в форме октаэдрических кристаллов (другие простые формы редки) обычно небольших размеров. Характерны двойники срастания по (111) - по шпинелевому закону. Менее распространены изометрические зерна и зернистые агрегаты. У реальных кристаллов шпинели обычно наиболее развита одна или пара противоположных граней октаэдра. При этом шпинелевые двойники приобретают характерный треугольно-пластинчатый облик с раздвоенными (входящими) углами.
Акцентируя внимание при описании структурного типа шпинели (АВ 2 О 4 ) 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 (заполнение 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 (рис. 6) садятся на треугольные «посадочные площадки», образованные ребрами трех Al-октаэдров предыдущего шпинелевого слоя (рис. 5). 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.
Ионы O 2 - 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. 7). 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: А 2+ и В 3+ . В нормальной шпинели катионы А 2+ находятся в узлах А, а В 3+ - В-узлах. Однако существует обращенная шпинель, у которой 8В 3+ располагаются в узлах А, а (8 А 2+ + 8 В 3+ ) 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.
Драгоценный камень как редкое природное минеральное образование, обладающее необычной красотой и высокой прочностью. Описание основных генетических типов месторождения драгоценных камней Урала. Особенности самоцветной полосы Урала, история ее развития. реферат [6,7 M], добавлен 20.12.2014
Общие сведения химического элемента никеля, промышленные типы его месторождений и основные поставщики руд. Горные породы с редкими минералами в Амурской области, их оценка и промышленное значение. Районы месторождений и проявлений поделочных камней. контрольная работа [168,3 K], добавлен 29.03.2015
Геологические сведения Тишинского месторождения. Описание пород, хлорито-серицитовый сланец с пиритом. Кристаллическая структура сфалерита. Кубические кристаллы галенита, происхождение кварца. Генезис месторождения, последовательность минералообразования. курсовая работа [7,4 M], добавлен 19.06.2012
Драгоценные и полудрагоценные камни: геологическое присхождение и полезные свойства. Значение драгоценных камней в жизни человека. Методы проверка подлинности жемчуга, изумруда, рубина, топаза, сапфира, хрусталя, янтаря. Выбор камней по знаку Зодиака. презентация [1,3 M], добавлен 28.08.2014
Основы теоретических знаний о драгоценных камнях, требования к их качеству и классификация. Описание самых распространенных драгоценных камней. Характеристика сырьевых ресурсов самоцветных и поделочных камней Крыма и пути их практического использования. дипломная работа [3,2 M], добавлен 02.10.2010
Характеристика геологического строения нефтяного месторождения. Коллекторские свойства продуктивных пластов и их неоднородность. Физико-химические свойства пластовых флюидов, нефти, газа и воды. Основы разработки низкопродуктивных глинистых коллекторов. отчет по практике [293,0 K], добавлен 30.09.2014
История обнаружения первых россыпей алмазов, их магические свойства. Ознакомление с легендами о нахождении знаменитых бриллиантов Индии "Кох-и-Нор", "Регент", "Шах". Особенности огранки драгоценных камней Бразилии, Южной Африки, Венесуэлы и Калимантаны. реферат [5,6 M], добавлен 05.11.2010
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Шпинель. Особенности ее строения реферат. Геология, гидрология и геодезия.
Сочинение Колледж Моей Мечты На Английском
Статья: Проблемы барокко и сочинения Аввакума
Эссе На Тему Моя Будущая Профессия Врач
Реферат: Зотов, Конон Никитич
Реферат: Древняя индийская цивилизация
Проектирование Электрических Сетей Дипломная Работа
Реферат: Банковский бизнес в 1900-1910 годах
Отчет По Преддипломной Практике Сбербанк
Курсовая работа по теме Дослідження зміни температури термопари за допомогою чисельних методів на ЕОМ
Реферат: Конституционная монархия в Англии 1689 г и ее правовое закрепление
Учебное пособие: Учебно-методическое пособие для студентов 2-3 курсов спецгруппы «Персидский язык»
Эссе Я Хочу Учиться В Лицее
Контрольная работа по теме Итоги Второй Мировой войны для СССР
Реферат Анализ Конфликтной Ситуации Сущность И Методы
Реферат: Система запалення
Героическая Оборона Лейдена Реферат
Реферат по теме Магниторезонансная томография
Детство Горький Сочинение 7 Класс Темы
Реферат по теме Инновационные стратегии
Реферат На Тему Бальные Танцы
Северо-Западная и Центральная Россия - География и экономическая география реферат
Актуальные вопросы почвоведения, гидрологии и климатологии - Геология, гидрология и геодезия контрольная работа
Науки о Земле - Геология, гидрология и геодезия учебное пособие