スピネル型構造とは
すぴねるがたこうぞう
AB₂O₄ の組成で、酸素の立方最密充填の四面体と八面体の位置に陽イオンが入る構造。正極のLiMn₂O₄は3次元のLi⁺の通り道をもつ。
「スピネル型構造」は、2分野の3問の練習問題に出てきます(電池・エネルギー材料, 磁性材料など)。
この用語の分野: 電池・エネルギー材料
スピネル型構造の練習問題に挑戦
マグネタイト Fe₃O₄ は逆スピネル型で、Aサイト(四面体位置)にFe³⁺が1個、Bサイト(八面体位置)にFe³⁺とFe²⁺が1個ずつ入り、AサイトとBサイトのモーメントは反平行に並ぶ。Fe³⁺を5 µB、Fe²⁺を4 µB とし、スピンだけが寄与するとすると、化学式 Fe₃O₄ あたりの磁気モーメントはどれか。
- A0 µB
- B4 µB
- C14 µB
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正解：B. 4 µB
Bサイトのモーメントは 5 + 4 = 9 µB、Aサイトは5 µB で、両者が反平行に並ぶので、差し引き 9 − 5 = 4 µB が残ります。AサイトとBサイトのFe³⁺どうしがちょうど打ち消し合い、Fe²⁺の分だけが残ると考えることもできます。実測の飽和磁化から求めた値も約4.1 µB で、この見積もりとよく合います。14 µB はすべてのモーメントが平行にそろうと考えた値(強磁性とみなした誤り)、0 µB は全体が打ち消し合うと考えた値(反強磁性とみなした誤り)です。Fe²⁺を別の2価イオン(Ni²⁺やMn²⁺など)に置き換えると、そのイオンのモーメントに応じて飽和磁化が変わります。
解説の中の「スピネル型構造」
LiMn₂O₄ はスピネル型で、Mn と O の骨格の中に3次元につながった Li⁺ の通り道があり、作動電圧は約4 V です。
リチウムイオン電池の正極材料と結晶構造の組み合わせとして正しいものはどれか。3次元の通り道をもち、Mn の溶け出しが課題になるのはスピネル型の LiMn₂O₄ です。
オリビン型の LiFePO₄ 正極の特徴として正しいものはどれか。
「スピネル型構造」が出てくる問題(3問)
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