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Alt 13.01.2007, 12:08   #2   Druckbare Version zeigen
bm  
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AW: struktur magnetit

Zitat:
Struktur
Kristallographisch gehört Magnetit zur Spinell-Gruppe und zeigt als natürlich gewachsener Kristall Oktaederflächen und seltener Rhombendodekaederflächen. Häufig kommt es zu Zwillingen nach dem Oktaeder, jedoch nur selten bei eingewachsenen Kristallen. Magnetit kristallisiert allerdings in die so genannte inverse Spinell-Struktur. Dabei ordnen sich die trivalenten Eisenionen (Fe3+) auf Plätze, die tetraedrisch von Sauerstoffionen umgeben sind (Tetraeder-Plätze). Während sich die divalenten Eisenionen (Fe2+) gleichmäßig auf die Oktaeder- und Tetraeder-Plätze verteilen.


Bild 1: Einheitszelle Magnetit

Die Struktur von Magnetit (chemische Summenformel Fe3O4) kann nach der allgemeinen Formel für Spinelle AB2O4 als Fe3+[Fe3+Fe2+]O4 geschrieben werden. Die Bezeichnung inverse Spinell-Struktur für Magnetit trägt der Tatsache Rechnung, dass 1/3 der Fe3+-Ionen tetraedrisch und 2/3 der Eisenionen (Fe2+- und Fe3+-Ionen im Verhältnis 1:1) oktaedrisch vom Sauerstoff koordiniert sind, was gerade invers zum normalen Spinell ist. Die Symmetrie der Hochtemperaturphase (T>120K) von Magnetit wurde schon sehr früh (1915) hinreichend gut aufgeklärt [5] , sie ist kubisch. Genauer gesagt handelt es sich um die Raumgruppe Fd3m bzw. O7h, wobei die Gitterkonstante a = 8,394 Å beträgt. Somit ergeben sich acht Formeleinheiten pro Einheitszelle mit insgesamt 56 Atomen.

Die Struktur der kubischen Hochtemperaturphase (T>120K) ist im Bild 1 schematisiert. Hier sind die kubisch dichteste Kugelpackung von Oxidionen (grau), die Oktaeder- (türkis) und Tetraederlücken (grau) dargestellt. Die Fe3+-Ionen in den Tetraederlücken sind grün und die Fe2+-/Fe3+-Ionen in den Oktaederlücken dunkelblau hervorgehoben. Das A-Untergitter, das von den tetraedrisch koordinierten Fe3+-Ionen aufgebaut wird bildet ein Diamantgitter, während das B-Untergitter der Fe2+-, bzw. Fe3+-Ionen der oktaedrischen Sauerstoffumgebung ein Pyrochlorgitter bildet, das bekanntermaßen geometrisch frustriert ist. Geometrische Frustration bedeutet dabei, dass eine lokale Ordnung, die durch lokale Wechselwirkungen stabilisiert wird, nicht frei durch den Kristall propagieren kann. Diese besonderen geometrischen Eigenschaften ermöglichen eine große Anzahl unterschiedlicher lang- bzw. kurzreichweitige Konfigurationen mit sehr ähnlicher Energie, oft mit einem vielfach entarteten Grundzustand. Eine der Möglichkeiten die Entartung aufzuheben, ist eine langreichweitige Ladungs- oder Spinordnung, was zu extrem komplexen Kristallstrukturen führen kann, von denen bis heute nur wenige aufgeklärt sind.

Die genaue Raumgruppe der Tieftemperaturphase (T<120K) war erstaunlicherweise bis ins Jahr 1982 nicht eindeutig bestimmt und wird sogar bis heute kontrovers diskutiert. Erst durch eine sorgfältig durchgeführte Neutronenbeugungsanalyse an synthetischen Einkristallen, die bei gleichzeitigem Anlegen von Druck entlang der (111)-Richtung und Kühlen im Magnetfeld gemessen wurden, konnte die kristalline Ordnung unterhalb von T=120K aufgeklärt werden. Es handelt sich um eine Verzerrung der monoklinen Raumgruppe Cc mit Pmca-Pseudosymmetrie (ac /√2 ⊗ ac /√ 2 ⊗ 2ac), wobei ac die Länge einer Achse der kubischen, ungestörten Einheitszelle ist.
http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetit
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