什么是尖晶石？尖晶石晶体结构？

什么是尖晶石

尖晶石化学分子式为(Mg，Fe，Zn，Mn)(Al，Cr，Fe)2O4，成分比较复杂，包括了铝尖晶石和铬尖晶石等亚族。含铁的尖晶石亚族即为不透明的磁铁矿、磁赤铁矿等。大部分尖晶石为铝尖晶石亚族，其中Mg2+和Fe2+可以任意比例混合。晶体系：属等轴晶系，结晶习性：常呈八面体晶形，有时八面体与菱形十二面体、立方体成聚形。可以人工合成，其熔点为2135度，耐火度约为1900度。

尖晶石呈坚硬的玻璃状八面体或颗粒和块体。它们出现在火成岩、花岗伟晶岩和变质石灰岩中。有些透明且颜色漂亮的尖晶石可作为宝石，有些作为含铁的磁性材料。用人工的方法已经可以造出200多个尖晶石品种。

光学性质

(1)颜色：尖晶石的颜色范围很宽，从近于无色到各种色调的橙色和粉红色、红色，淡蓝到深蓝、深蓝绿和黑色。化学纯的尖晶石是无色的。大多数看来无色的尖品石实际上有非常淡的粉红或淡紫色调。铬产生粉红或红色。当有铁存在时尖晶石显蓝色。

(2)光泽及透明度：玻璃至亚金刚光泽，透明至半透明。

(3)光性：均质体。

(4)折射率：1.718(尖晶石)，1.74(富铬的红色尖晶石)，1.77一1.80(铁镁尖晶石)，1.725一1.753(镁锌尖晶石)。色散为0.020

(5)发光性：红色、橙色尖晶石在长波紫外光下呈弱至强红色、橙色荧光，短波下无至弱红色、橙色荧光;黄色尖晶石在长波紫外光下弱至中等强度褐黄色，短波下无至褐黄色;蓝绿色尖晶石在长波紫外光下无至极弱蓝绿色，短波下无。无色尖晶石无。

(6)吸收光谱：红色和粉红色尖晶石山铬致色，在黄绿区以550 nn，为中心有宽吸收带，紫区吸收，红区有多条荧光线，被描述为风琴管状。蓝色尖晶石由铁或偶由钻致色，主要吸收带在蓝区，以458 nm吸收带为最强，还有478 nm等几条较弱的带。锌尖晶石的吸收光谱与蓝色尖晶石的相似，只是弱些。

特殊光学效应

有四射和六射星光的尖晶石，有时还出现变色的尖晶石。

解理：无解理。

断口：贝壳状断口。

光泽：玻璃光泽至亚金刚光泽。

透明度：透明至不透明。

色散：0.020中等色散。

吸收光谱：红色尖晶石由铬致色，具有典型的光谱在红光区686nm，675nm可见2条主要吸收线，有时可伴其他吸收线，多时可达8条，绿区和紫区普遍吸收;蓝色尖晶石因为低价Fe的存在，而显示复杂的光谱。

颜色：颜色及其丰富，红，蓝，绿，紫，橙红，橙黄，黑。

发光性：红色或粉红色尖晶石在长，短波下有暗红色的荧光;蓝色因为Fe，不发荧光。

多色性：无。

内含物：常含呈八面体状的尖晶石，柱状的锆石及磷灰石等固体包体及较多的气液状或八面体负晶包体。有时锆石周围有盘状应力裂纹。

琢型：无光学效应的宝石一般磨成刻面型。

力学性质

(1)解理：解理不发育。

(2)硬度：摩氏硬度8。

(3)密度：3.58一3.61、cm3(尖晶石)，3.63一3.90/cm3(铁镁尖晶石)，3.58-4.06、cm3(镁锌尖晶石)。

显微特征

见尖晶石、方解石、磷灰石等矿物包裹体以及气液充填的孔洞，还有生长带、双晶纹和出溶的捐石针状体、错石晕等。铁染裂缝常见。尖晶石包裹体多呈微小的八面体，单独或成行排列，周围可有张力裂缝形成的指纹状包裹体。

尖晶石晶体结构

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，折光率：1.715-1.830，硬度：8，密度：3.58-4.62克/立方厘米。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。无色，含色素离子时可呈红、蓝、绿、褐、黄等色，玻璃光泽。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1：2。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〕。

无色、红、蓝、黄、粉红色等。玻璃光泽。解理不完全。硬度8。相对密度3.55(镁尖晶石)、4.39(铁尖晶石)、4.0~4.6(锌尖晶石)、4.04(锰尖晶石)。硬度和密度随成分中Fe3 、Cr3 等替代量的增高而增大。熔点2135±20℃。

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。折射率：N=1.719 (镁尖晶石)、1.835(铁尖晶石)、1.78~1.82(锌尖晶石)、1.92(锰尖晶石)。