3.5 無(wú)機(jī)非金屬材料組成與晶體結(jié)構(gòu)(6)

    12. MgAl₂O₄（尖晶石）型結(jié)構(gòu)
    尖晶石型結(jié)構(gòu)晶體的化學(xué)式通式為：AB₂O₄，其中A為二價(jià)離子，如Mg²⁺, Mn²⁺, Zn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺，B為三價(jià)離子，如Al³⁺, Cr³⁺, Fe³⁺, Ga³⁺, Co³⁺ ，兩種正離子的總價(jià)數(shù)必須等于8。
    MgAl₂O⁴晶體屬立方晶系，立方面心格子，F(xiàn)d3m空間群，a_o=0.808nm，z = 8。圖3-33是尖晶石型晶胞結(jié)構(gòu)圖，O^2-按立方緊密堆積，Mg²⁺填充在1/8四面體空隙中，Al³⁺填充在1/2八面體空隙中。為了清楚分析質(zhì)點(diǎn)排列與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可將此立方體分解為8個(gè)小立方體，發(fā)現(xiàn)這8個(gè)小立方體屬于2種類(lèi)型（見(jiàn)圖3-33），它們交替堆積起來(lái)就構(gòu)成尖晶石晶胞。每個(gè)小立方體明顯具有立方面心格子的特征。
                     
   上述二價(jià)離子占據(jù)四面體空隙位置，而三價(jià)離子占據(jù)八面體空隙位置的尖晶石稱(chēng)為正尖晶石，g-Al₂O₃的結(jié)構(gòu)和尖晶石相似。如果有一半的三價(jià)離子與二價(jià)離子互換位置，亦即有一半三價(jià)離子占據(jù)四面體空隙位置，二價(jià)離子和另一半三價(jià)離子占據(jù)八面體空隙位置，這種尖晶石結(jié)構(gòu)稱(chēng)為反尖晶石，化學(xué)式可寫(xiě)作B(AB)O₄。
    為何有些尖晶石是正型，有些是反型，這要用到晶體場(chǎng)理論來(lái)解釋?zhuān)�即決定于A、B離子的八面體擇位能的大小。若A離子的八面體擇位能小于B離子的八面體擇位能，則生成正尖晶石，反之則生成反尖晶石。
尖晶石型結(jié)構(gòu)包含了一百多種晶體。鎂鋁尖晶石是一種陶瓷材料的晶相，在一些耐火材料中也常存在這種晶相。反尖晶石則是一類(lèi)氧化物鐵氧體磁性材料，磁鐵礦Fe₃O₄（Fe²⁺Fe₂³⁺O₄）就具有反尖晶石結(jié)構(gòu)。
    以上討論了12種典型晶體結(jié)構(gòu)，根據(jù)陰離子的堆積方式和正、負(fù)離子的配位關(guān)系，將它們歸納在表3-12中。雖然運(yùn)用了決定晶體結(jié)構(gòu)的一些因素進(jìn)行討論，但是某些晶體結(jié)構(gòu)的定量關(guān)系以及不同晶體結(jié)構(gòu)之間的規(guī)律性仍然不是十分清楚，有待于提出更加合理、具有定量化的參數(shù)來(lái)表征，才能使其規(guī)律性清晰地呈現(xiàn)出來(lái)。