Gruppo degli spinelli

Il gruppo degli spinelli è costituito da minerali accessori frequenti sia nelle rocce ignee che metamorfiche e si presentano anche come granuli detritici in molti sedimenti. I minerali del gruppo degli spinelli cristallizzano in un’ampia gamma di condizioni fisico-chimiche, dal mantello superiore alla crosta, così come in corpi extraterrestri come, ad esempio, la Luna, Marte e le meteoriti.

I minerali del gruppo degli spinelli sono ottimi indicatori di ambienti geologici e sono di grande aiuto nella ricerca di giacimenti minerari di interesse economico. Generalmente i minerali del gruppo degli spinelli mostrano interessanti proprietà magnetiche, elettroniche, ottiche e catalitiche.

Sono quindi utili per una vasta gamma di applicazioni, tra cui dispositivi elettronici ad alta frequenza, dielettrici, ossidi conduttori trasparenti, laser, rilevamento, accumulo di energia, superconduttività  e nel campo biotecnologico.

Struttura del gruppo degli spinelli

Nella struttura tipica adottata da molti composti il rapporto tra cationi e anioni è di 3:4 e la formula generale è AB₂X₄ in cui con A e B si indicano i cationi e con X gli anioni come O^2-, S^2-, CN^–, N^3-, Te^2-, Se^2-, Cl^–e F^–. Il reticolo cristallino è di tipo cubico lievemente distorto con otto siti tetraedrici e quattro ottaedrici per unità di formula.

Gli alogenuri quando associati a cationi piuttosto grandi, debolmente polarizzanti e di bassa carica, come quelli dei metalli alcalini, sia gli anioni che i cationi assumono la forma di sfere quasi perfette. Gli ioni alogeno possono anche combinarsi con cationi più piccoli e più fortemente polarizzanti rispetto agli ioni dei metalli alcalini e in queste strutture prevalgono una simmetria inferiore e un grado più elevato di legame covalente.

I cationi A e B occupano 1/8 del sito coordinato tetraedrico e 1/2 del sito coordinato ottaedrico denominati rispettivamente T e M. Tradizionalmente gli spinelli sono suddivisi nel gruppo degli spinelli normali in cui  tutti gli ioni bivalenti (A) sono in coordinazione tetraedrica mentre gli ioni trivalenti (B) sono in coordinazione ottaedrica.

Negli spinelli inversi la struttura è caratterizzata da ioni bivalenti (A) in coordinazione ottaedrica e da ioni trivalenti (B) mutualmente distribuiti nei siti tetraedrici e nei siti ottaedrici rimanenti.

Supergruppo

Il supergruppo degli spinelli comprende due o più gruppi di minerali che hanno essenzialmente la stessa struttura e sono composti da elementi chimicamente simili. È costituito da minerali con struttura tipo spinello, con formula generale AB₂X₄ e comprende ossidi e solfuri e più raramente seleniuri, silicati e germanati.

I minerali del supergruppo dello spinello sono usati come geotermometri o geobarometri. Alcuni sono minerali come la magnetite e violarite e altri sono usati come pietre preziose come lo spinello di colore rosso.

Il supergruppo strutturale dello spinello è diviso in tre gruppi sulla base dell’anione X dominante:
O²: gruppo ossispinello a cui appartiene, ad esempio, l’ercinite FeAl₂O₄ e l’eterolite ZnMn₂O₄
S^2- : gruppo dello zolfo a cui appartiene, ad esempio, l’indite FeIn₂S₄ e la cadmoindite CdIn₂S₄
Se² : gruppo del selenio a cui appartiene, ad esempio, la tirellite Cu(Co, Ni)₂ Se₄

Suddivisione

Il gruppo degli spinelli viene comunemente suddiviso in tre serie, a seconda dello ione trivalente e si distinguono la serie dello spinello comune in cui è presente lo ione Al³⁺ come lo spinello MgAl₂O₄, il crisoberillo BeAl₂O₄, la gahanite  ZnAl₂O₄ e la galaxite MnAl₂O₄.

Nella seconda serie, detta serie della cromite, in cui è presente Cr³⁺, vi è la cromite FeCr₂O₄, la magnesiocromite MgCr₂O₄, la franklinite ZnFe₂O₄, la jacobsite MnFe₂O₄, la trevorite NiFe₂O₄ e la zincochromite ZnCr₂O₄.

Nella terza serie, detta serie della magnetite, in cui è presente lo ione Fe³⁺, vi è il cuprospinello CuFe₂O₄, l’ulivite TiFe₂O₄, la magnesioferrite MgFe₂O₄ oltre alla magnetite rappresentata come Fe₃O₄ in cui il ferro è presente sia sotto forma di Fe(II) che di Fe(III) e si può scrivere come Fe²⁺Fe₂³⁺O₄.

Oltre a queste tre serie principali vi sono altre serie costituite da minerali più rari contenenti il vanadio che forma la coulsonite FeV₂O₄ e la magnesiocoulsonite MgV₂O₄, il cobalto presente nella manganesecobaltite Mn_1.5Co_1.5O₄.

Vi sono poi altri minerali  che hanno la struttura del gruppo degli spinelli come la ringwoodite, polimorfo di alta pressione dell’olivina SiMg₂O₄, la taaffeite BeMgAl₄O₈ e la magnesiotaaffeite, nota anche come musgravite (Mg,Fe^2+,Zn)₂Al₆BeO₁₂