3.5 無(wú)機(jī)非金屬材料組成與晶體結(jié)構(gòu)(2)

    3. NaCl型結(jié)構(gòu)
    通常以氯化鈉晶體作為這類結(jié)構(gòu)的代表，化學(xué)式NaCl，屬立方晶系，基本格子為立方面心格子，F(xiàn)m3m空間群，a_o=0.563nm，這種類型的結(jié)構(gòu)都是以體積較大的陰離子作立方緊密堆積。對(duì)于NaCl晶體，根據(jù)r_Na/r_Cl = 0.102/0.181 = 0.56 ∈（0.414~0.732）可知，陽(yáng)離子填充在八面體空隙中，正、負(fù)離子的配位數(shù)都是6。圖3-23表示了NaCl晶胞，屬于該晶胞共有4個(gè)Na⁺和4個(gè)Cl^-（處于面、棱、角上的質(zhì)點(diǎn)要根據(jù)所處位置計(jì)算屬于該晶胞的分?jǐn)?shù)），也可以說(shuō)該晶胞含有4個(gè)NaCl“分子”，記為z = 4。根據(jù)緊密堆積原理，如果有n個(gè)質(zhì)點(diǎn)作緊密堆積，必產(chǎn)生2n個(gè)四面體空隙和n個(gè)八面體空隙。在NaCl單位晶胞中，四面體空隙位于晶胞內(nèi)8個(gè)小立方體的中心，全部空著，4個(gè)八面體空隙正好全部被4個(gè)Na⁺占據(jù)，所以說(shuō)Na⁺占據(jù)了全部八面體空隙。NaCl晶體中有2套等同點(diǎn)。
    當(dāng)建立了坐標(biāo)系之后，就可以寫(xiě)出全部質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)，Cl^-：0 0 0，1/2 1/2 0，1/2 0 1/2，0 1/2 1/2；Na⁺：0 0 1/2，1/2 0 0，0 1/2 0，1/2 1/2 1/2。除了上已述及的方法描述晶體結(jié)構(gòu)外，還可以采用配位多面體及其連接方式描述晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的晶體，使用這種方法，是有利于認(rèn)識(shí)和理解晶體結(jié)構(gòu)的。在NaCl晶體結(jié)構(gòu)中，CN_Na = 6，即Na-Cl構(gòu)成八面體，這些八面體以共棱方式相連就形成了NaCl結(jié)構(gòu)。NaCl型結(jié)構(gòu)是離子晶體中很典型的一種，屬于該類型的晶體很多，參見(jiàn)表3-10.
   4. CsCl型結(jié)構(gòu)
    氯化銫（CsCl）晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系（見(jiàn)圖3-24），系Pm3m空間群，簡(jiǎn)單（原始）立方格子，a_o = 0.411nm。Cl^-位于簡(jiǎn)單立方格子的八個(gè)頂角上，Cs⁺位于立方體的中心，CN_±均為8，共有2套等同點(diǎn)。用坐標(biāo)表示單位晶胞中質(zhì)點(diǎn)的位置時(shí)，只需寫(xiě)出一個(gè)Cl^-和一個(gè)Cs⁺的代表坐標(biāo)即可，分別為：Cl^-—0 0 0，Cs⁺—1/2 1/2 1/2。屬于CsCl型結(jié)構(gòu)的晶體還有CsBr、CsI、TlCl、NH4Cl等。
    5. b-ZnS（閃鋅礦）型結(jié)構(gòu)
    b-ZnS晶體屬立方晶系，面心立方格子， 空間群，z = 4，S^2-按立方緊密堆積，r⁺/r^- = 0.33，所以Zn²⁺填充在四面體空隙中，即Zn²⁺的配位數(shù)是4，八面體空隙全部空著（請(qǐng)讀者自行指出其位置）。從晶胞圖可見(jiàn)，S^2-的配位數(shù)也是4。由于n個(gè)質(zhì)點(diǎn)作緊密堆積可以得到2n個(gè)西面體空隙，而在b-ZnS分子中，正、負(fù)離子個(gè)數(shù)比為1:1，所以說(shuō)正離子只填充了1/2四面體空隙，交替分布于立方體內(nèi)8個(gè)小立方體中的4個(gè)。b-ZnS晶體中共有2套等同點(diǎn)，各質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)是：S^2-—0 0 0，0 1/2 1/2，1/2 0 1/2，1/2 1/2 0；Zn²⁺—1/4 1/4 3/4，1/4 3/4 1/4，3/4 1/4 1/4，3/4 3/4 3/4。為了便于記憶閃鋅礦的晶胞，可以回顧一下金剛石的晶胞，將金剛石晶胞中體內(nèi)的4個(gè)C原子換成Zn²⁺，立方面心結(jié)點(diǎn)位置上的C原子換成S^2-，就成了閃鋅礦晶體結(jié)構(gòu)。
      
    圖3-25給出了b-ZnS晶胞圖及其在001面上的投影圖，也示出了按多面體連接方式表示的b-ZnS晶體結(jié)構(gòu)，是由Zn-S四面體以共頂?shù)姆绞较噙B而成。
    屬于閃鋅礦結(jié)構(gòu)的晶體有b-SiC、GaAs、AlP、InSb等。