Общая характеристика сложных оксидов группы шпинелидов. Подробно шпинель и хромшпинелиды.

Минералы семейства шпинелидов с типовым составом RO*R2O3, согласно данным рентгенометрии, должны рассматриваться как двойные окислы, а не как соли кислородных кислот, т. е. не как алюминаты, ферриты и др. В этой группе широко представлены изоморфные смеси. В качестве трехвалентных металлов, замещающих друг друга, принимают участие: Fe3+, Аl3+, Сr3+, V3+, Аl3+ и Mn3+, а в качестве двухвалентных — главным образом Mg2+, Fe2+, иногда Zn2+, Мn2+ и изредка, обычно в небольших количествах, Cu2+, Ni2+ и Со2+; кроме того, в составе шпинелидов может присутствовать Ti4+. Характерно, что двухвалентные ионы с большими ионными радиусами — Pb, Sr, Ca, Ba, а также одновалентные — Na и K — 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 их кристаллов также октаэдрический. Особняком стоит соединение аналогичной химической формулы — хризоберилл. Ионный радиус Be2+ настолько мал, что это соединение имеет существенно отличную структуру, кристаллизуясь в ромбической сингонии. Кристаллическая структура минералов группы шпинели довольно сложная. Кислородные ионы плотно упакованы в четырех плоскостях, параллельных граням октаэдра (кубическая плотнейшая упаковка). В структурном типе нормальной шпинели (n-шпинель) двухвалентные катионы, (Mg2+, Fe2+ и др.) окружены четырьмя ионами кислорода в тетраэдрическом расположении, в то время как трехвалентные катионы (Аl3+, Fe3+, Cr3+ и др.) находятся в окружении шести ионов кислорода по вершинам октаэдра. При этом каждый ион кислорода связан с одним двухвалентным и тремя трехвалентными катионами. Если обозначить двухвалентные катионы буквой А, а трехвалентные — В, то общая формула нормальной шпинели, с обозначением координационных чисел катионов верхними индексами, может быть записана в следующем виде: А^IVВ^VI2О4. В структуре инвертированной (обратной) i-шпинели размещение катионов по позициям отвечает следующей формуле: В^IV(АВ)^VIО4. 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. Структурный тип шпинели допускает вариации параметров упаковки анионов кислорода и размеров катионных позиций без нарушения симметрии, что дает возможность принимать в этих позициях катионы с различными размерными характеристиками, обеспечивая высокую изоморфную емкость минералов этого семейства.

ШПИНЕЛЬ — MgAl2O4. Сингония кубическая; гексаоктаэдрический в. с. Облик кристаллов. Шпинель встречается преимущественнов виде идиоморфных октаэдрических кристаллов, иногда с дополнительными гранями тетрагонтриоктаэдра {211} и ромбододекаэдра {110}. Двойники характерны по (111). Цвет. Бесцветные разности наблюдаются редко, большей частью шпинель окрашена в различные цвета, преимущественно розово-красных и сине-зеленых тонов. Черная разновидность (с высоким содержанием железа) называется плеонастом. Блеск стеклянный. Твердость 8. Примеси Fe2O3 и Сr2О3 понижают ее до 7,5–7. Спайность по {111} несовершенная. Уд. Вес 3,5–3,7. Температура плавления 2150 °С. Происхождение. Шпинели наиболее часто встречаются в контактово-метасоматических образованиях среди доломитов и магнезиальных известняков в результате воздействия на них магматических флюидов при высоких температурах. В парагенезисе с ними в образующихся богатых карбонатами Ca и Mg магнезиальных скарнах — кальцифирах наблюдаются различные минералы того же происхождения: форстерит, пироксены (обычно диопсид или энстатит), амфиболы (тремолит), флогопит, фторсодержащие силикаты (группы гумита). Изредка встречается в пегматитах и магматических горных породах. Известны находки ее также в глубинных сильно метаморфизованных породах: гнейсах и кристаллических сланцах. В поверхностных условиях шпинель совершенно устойчива и потому часто встречается в россыпях.

ХРОМШПИНЕЛИДЫ с общей формулой — (Fe,Mg)(Cr,Al,Fe)2O4 характеризуются доминированием хрома в октаэдрических позициях шпинелевой структуры n-типа. Все относящиеся сюда минеральные виды в природе встречаются в одинаковых условиях и по внешним признакам настолько похожи друг на друга, что практически без химического анализа невозможно отличить разные по составу виды. По составу различают следующие главные минеральные виды: собственно хромит FeCr2O4 (в чистом виде встречается в метеоритах, в земной коре очень редок), магнохромит MgCr2O4, разновидностями которых являются, соответственно, алюмохромит Fe(Cr,Al)2O4 и хромпикотит (Mg,Fe)(Cr,Аl)2О4. Сингония кубическая; гексаоктаэдрический в. с. Облик кристаллов. Встречаются в виде октаэдрических мелких кристаллов. Обычно же наблюдаются в округленных или не совсем правильной формы зернах и в сплошных зернистых агрегатах. Цвет хромшпинелидов черный. В тонких шлифах полупрозрачны или просвечивают густо-красным или коричнево-красным цветом. Лишь богатые FeO и Fe2O3 разности совершенно непрозрачны. Черта бурая, часто — бледная, серо-коричневая, иногда с оливковым оттенком. Блеск полуметаллический до алмазного. Твердость 6–7,5. Спайность отсутствует. Уд. вес 4,0–4,8. Прочие свойства. Хромшпинелиды, содержащие FeO и Fe2O3, обнаруживают слабые магнитные свойства. Происхождение. Хромшпинелиды встречаются почти исключительно в магматических ультраосновных породах (дунитах) как в виде вкрапленности, так и в виде сплошных скоплений большей частью неправильной гнездообразной, линзообразной и столбообразной формы. В ассоциации с ними постоянно наблюдаются зеленоватого цвета серпентин (гидросиликат Mg и Fe), оливин (форстерит) — (Mg,Fe)2SiO4, хромсодержащие хлориты, брусит (придающий некоторым рудам «седой» облик), иногда хромовые гранаты изумрудно-зеленого цвета. В некоторых массивах ультраосновных пород с ними парагенетически связаны минералы группы платины и осмистого иридия. В зоне выветривания хромшпинелиды химически устойчивы. Лишь в условиях жаркого климата они подвергаются окислению и разрушению.