§2-6无机非金属化合物常见晶体结构.docVIP

无机非金属常见晶体结构[1] 1.7.2 二元化合物典型的晶体结构 1.7.2.1 NaCl型结构 NaCl的晶体结构见图1—51所示，它属于立方晶系，面心立方点阵，空间群为Fm3m。ao=0.563nm，Na+及Cl-各位于面心立方点阵的结点位置上，这两个点阵相距1/2的晶胞边长。正负离子半径比为0.54左右，在0.732～0.414之间，正负离子配位均为6。这个结构实际上相当于较大的负离子作立方密堆，而较小的正离子则占据所有的八面体间隙。 对于晶体结构的描述通常有三种方法，一是用坐标系的方法，给出单位晶胞中各个质点的空间坐标，就能清楚地了解晶体的结构。对于NaCl晶胞而言，分别标出4个Cl-和Na+离子的坐标即可（图1—50）。其中Cl-：；Na+：。这种方法描述晶体结构是最规范的。但有时为了比较直观地理解晶体结构，还可采用以下两种描述晶体结构的方法。 以球体紧密堆积的方法描述晶体结构。这对于金属晶体和一些离子晶体的结构描述很有用。金属原子往往按紧密堆积排列，离子晶体中的阴离子也常按紧密堆积排列，而阳离子处于空隙之中。例如NaCl晶体，可以用Cl-离子按立方紧密堆积和N扩离子处于全部八面体空隙之中来描述。如果对球体紧密堆积方式比较熟悉，那么，用这种方法描述晶体结构就很直观。 以配位多面体及其连接方式描述晶体结构。对结构比较复杂的晶体，使用这种方法，是有利于认识和理解晶体结构的。例如，在硅酸盐晶体结构中，经常使用配位多面体和它们的连接方式来描述。而对于结构简单的晶体，这种方法并不一定感到很方便。如NaCl晶体结构中，Na+离子的配位数是6，构成Na-Cl八面体。NaCl结构就是由Na-Cl八面体以共棱的方式相连而成。以上三种描述晶体结构的方法，在下面讨论晶体结构时都会用到。 属于NaCl型结构的AB化合物很多，包括碱金属卤化物和碱土金属的氧化物。表1一13列举了部分NaCI型晶体结构的化合物及其点阵常数。 表1—13 NaCl型晶体结构举例 化合物 晶胞常数 (10-lnm) 化合物 晶胞常数 (10-1nm) 化合物 晶胞常数 (10-1nm) NaCl 5.628 CdO 4.70 LaN 5.275 NaI 6.462 CoO 4.25 TiC 4.320 MgO 4.203 MnO 4.435 ScN 4.44 CaO 4.797 FeO 4.332 CrN 4.14 SrO 5.15 NiO 4.168 ZrN 4.6l BaO 5.523 TiN 4.235 在NaCl型结构的氧化物中，碱土金属氧化物中的正离子除Mg2+以外均有较大的离子半径。EN-USSr2+及Ba2+与O2-的离子半径比已超过0.732，因此氧离子的密堆已受到畸变，在结构上比较开放，容易被水分子渗入而水化。在制备材料生产工艺中如果有游离的碱土金属氧化物如CaO、SrO、BaO等存在，由于这些氧化物的水化会使材料性能发生较大的变化。NaCl型结构的晶体中，LiF、KCl、KBr和NaCl等晶体是重要的光学材料。LiF晶体能用于紫外光波段，而KCl、KBr和NaCl等晶体适用于红外光波段，可用于制作窗口和棱镜等，PbS等晶体是重要的红外探测材料。 1.7.2.2 CsCl型结构 CsCl结构见图1—51所示，属于立方晶系，简单立方点阵（Cs+、Cl-各一套），空间群为Pm3m。每个晶胞内含两个原子，Cs+：；Cl-：000。正负离子半径之比为0.93，大于0.732，故负离子多面体为正六面体，配位数为8。CsCl的晶胞常数a=4.110（10-1nm）。 属于CsCl结构的晶体有CsBr、CsI、NHCl等。 1.7.2.3 立方ZnS（闪锌矿）型结构 立方ZnS（闪锌矿）型结构如图1—52所示，属于立方晶系，面心立方点阵，空间群F3m，ao=5.4（10-1nm），Z=4。硫位于面心点阵的结点位置上，锌位于另一套这样的点阵位置上，两者在体对角线相上对位移1/4。Zn2+离子的配位数是4，S2-离子的配位数也是4。若把S2-离子看成立方最紧密堆积，则Zn2+离子充填于二分之一的四面体空隙之中。ZnS晶胞中质点的坐标是S2-：；Zn2+：。图1—52（B）是立方ZnS结构的投影图，相当于图1—52（A）的俯视图。图中数字为标高。0为晶胞的底面位置，50为晶胞二分之一标高，25和75分别为四分之一和四分之三的标高。根据晶体结构中所具有的平移特性，0和100，25和125等都是等效的。图1—52（C）则是按多面体连接方式表示的立方ZnS结构。它是由Zn—S四面体以共顶的方式相连而成。 属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC、GaAs、AlP、InSb等。 1.7