Struktur Spinel Ferrite

Spinel Ferrite

Struktur Spinel Ferrite memiliki rumus umum MFe2O4, di mana M mewakili ion logam divalen. Ion logam divalen dapat menjadi salah satu ion divalen dari elemen transisi seperti Mn2 +, Co2 +, Ni2 +, Cu2 +, Zn2 +, Cd2 +, dan Mg2 +, atau kombinasi ion-ion ini, atau kombinasi ion yang memiliki valensi rata-rata dua, seperti 0.5Li1 + + 0.5Fe3 + seperti pada Li0.5Fe2.5O4. Ion trivalen seperti ion Al3 + atau Cr3 + dan ion tetravalen seperti ion Ti4 + atau Ge4 + dapat sepenuhnya atau sebagian menggantikan ion Fe3 + dalam MFe2O4.

Kimia kristal senyawa yang mengkristal dalam struktur spinel telah ditangani secara luas oleh Gorter, Hafner, dan Blasse meskipun ini pertama kali ditentukan oleh Bragg dan Nishikawa. Sel satuan yang memiliki struktur spinel ditunjukkan pada Gambar 1.
Struktur Spinel Ferrite Oxide
Gambar 1. Struktur Spinel Ferrite

Struktur kristal spinel terutama bergantung pada kisi ion oksigen, jari-jari ion oksigen (∼1.32Ao) menjadi beberapa kali lebih besar daripada jari-jari ion logam (0.6Ao dan 1.0Ao). Akibatnya, struktur kristal dapat dianggap tersusun dari pengemasan ion oksigen yang paling mungkin, yaitu membentuk fcc kisi meninggalkan dua jenis situs interstisial, tetrahedral atau situs A dan oktahedral atau situs B. Sebuah ion logam yang terletak di situs A memiliki empat tetangga ion oksigen terdekat yang membentuk tetrahedron biasa dan dikatakan berada di situs koordinasi tetrahedral, sedangkan, ion logam di situs oktahedral memiliki enam tetangga ion oksigen terdekat yang membentuk oktahedron biasa dan logam. ion berada dalam situs koordinasi oktahedral. Situs tetrahedral memiliki volume yang lebih kecil dibandingkan dengan situs oktahedral dan kedua jenis situs tersebut berukuran lebih kecil dibandingkan dengan diameter ion oksigen.

Dalam sel satuan kisi spinel terdapat delapan molekul MFe2O4 yang terdiri dari 32 ion oksigen membentuk struktur kubik padat, 8 ion divalen dan 16 ion trivalen. 32 ion oksigen meninggalkan 64 situs celah tetrahedral (A) dan situs celah 32 oktahedral (B). Dari jumlah tersebut hanya 8 situs A dan 16 situs B ditempati oleh logam ion. Untuk menggambarkan strukturnya, sel satuan dengan tepi sel 'a' dapat dibagi lagi menjadi delapan oktan dengan tepi (1/2) ^ 2. Dua oktan yang berdekatan ditunjukkan pada Gambar 2.
Struktur Spinel Ferit

Gambar 2. Dua kubus yang berdekatan menunjukkan dua oktan dari struktur spinel.

Ion oksigen memiliki posisi yang identik di semua oktan. Setiap oktan mengandung empat anion, yang membentuk sudut tetrahedron. Posisi interstisial yang ditempati di dua oktan yang berdekatan berbeda tetapi sama dalam dua oktan yang berbagi tepi. Jika pengaturan ionik dalam dua oktan yang berdekatan diberikan, sel satuan dapat dibangun dengan translasi dua oktan sepanjang tiga sumbu (110). Lingkungan sekitar ion tetrahedral oleh ion lain memiliki simetri kubik yang ketat tetapi tidak demikian halnya untuk ion oktahedron individual. Tentu saja ion oktahedron dikelilingi secara kubik oleh ion oksigen tetapi tidak oleh ion logam di sekitarnya.

Telah disebutkan sebelumnya bahwa ion oksigen membentuk struktur fcc. Tetapi dalam kasus nyata ada sedikit penyimpangan karena deformasi yang disebabkan oleh ion logam. Situs tetrahedral terlalu kecil untuk menampung ion logam, sehingga ketika kation logam mengisi situs A tetrahedral. Ini menggantikan keempat ion oksigen ke luar sepanjang diagonal tubuh kubus. Keempat ion oksigen ini masih menempati sudut tetrahedron yang membesar dan simetri di sekitar setiap ion A mempertahankan simetri kubik. Tetapi empat oksigen yang mengelilingi ion situs B bergeser sedemikian rupa, sehingga oksigen tetrahedron ini menyusut dengan jumlah yang sama seperti yang pertama mengembang. Oleh karena itu, simetri tidak lagi kubik tetapi merupakan simetri trigonal sehingga medan trigonal muncul di situs B. Medan ini adalah fungsi dari parameter oksigen, u, yang merupakan ukuran perpindahan secara kualitatif. Ini diberikan oleh jarak antara oksigen ion dan muka kubus, yang disamakan dengan au, dengan 'a' adalah tepi sel. Struktur fcc yang ideal memiliki parameter oksigen Uid = 3/8.

Struktur spinel ferrite dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori, yaitu. ferrite normal, terbalik, dan campuran berdasarkan penempatan posisi oleh ion logam divalen dan trivalen.

  • Normal Ferrite

Jenis ferit di mana semua situs tetrahedral ditempati oleh delapan kation divalen dan situs oktahedral oleh 16 ion logam trivalen, disebut ferit "normal". Contohnya adalah seng ferit, Zn2+ [Fe3+]O4, kadmium ferit Cd2[FeO2 3+]O4, dan seterusnya, di mana ion kucing di luar tanda kurung siku menempati situs A dan mereka yang berada dalam braket persegi menempati situs B.

  • Ferrite Terbalik (Inverse Ferrite)

Dalam ferit ini delapan dari 16 ion logam trivalen menempati situs tetrahedral, dan situs oktahedral ditempati oleh delapan ion logam divalen dan delapan kation trivalen sisanya. Contohnya adalah magnetit, ferit nikel dengan rumus komposisi masing-masing sebagai Fe3+ [Fe2+Fe3+]O4 2-, dan Fe3+ [Ni2+ Fe3+]O4 2-.

  • Mixed Ferrite

Ferit jenis ini tidak sepenuhnya normal atau sepenuhnya terbalik karena situs A dan B ditempati secara acak oleh ion logam divalen dan trivalen. Contoh dari kategori ferit ini adalah magnesium ferit, MgFe O 2 4 dengan distribusi kation umum ditunjukkan sebagai:

Daftar Pustaka

Alex, G. Modern Ferrites Technology. Van Nostrand Reinhold, New York (1990).
Blasse, G. J. Inorg. Nucl. Chem., 25, 136 (1963).
Bragg, W. H. Nature, 95, 561 (1915).
Gorter, E. W. Philips Res. Repts. Einthoven., 9, 295 (1954).
Hafner, S. Schweiz. Min, petrogr. Mitt, 40, 207 (1960).
Nanomaterials: Synthesis, Characterization, and Applications
Nishikawa, S. Structure of some crystal of the spinel groups. Proc. Math. Phys. Soc., Tokyo, 8, 199 (1915).
Lebih baru Lebih lama