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第三章 材料的晶态结构及有序化

              3.5 无机非金属材料组成与晶体结构(2)

    3. NaCl型结构
    通常以氯化钠晶体作为这类结构的代表,化学式NaCl,属立方晶系,基本格子为立方面心格子,Fm3m空间群,ao=0.563nm,这种类型的结构都是以体积较大的阴离子作立方紧密堆积。对于NaCl晶体,根据rNa/rCl = 0.102/0.181 = 0.56 ∈(0.414~0.732)可知,阳离子填充在八面体空隙中,正、负离子的配位数都是6。图3-23表示了NaCl晶胞,属于该晶胞共有4个Na+和4个Cl-(处于面、棱、角上的质点要根据所处位置计算属于该晶胞的分数),也可以说该晶胞含有4个NaCl“分子”,记为z = 4。根据紧密堆积原理,如果有n个质点作紧密堆积,必产生2n个四面体空隙和n个八面体空隙。在NaCl单位晶胞中,四面体空隙位于晶胞内8个小立方体的中心,全部空着,4个八面体空隙正好全部被4个Na+占据,所以说Na+占据了全部八面体空隙。NaCl晶体中有2套等同点。
    当建立了坐标系之后,就可以写出全部质点的坐标,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体结构外,还可以采用配位多面体及其连接方式描述晶体结构,对于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。在NaCl晶体结构中,CNNa = 6,即Na-Cl构成八面体,这些八面体以共棱方式相连就形成了NaCl结构。NaCl型结构是离子晶体中很典型的一种,属于该类型的晶体很多,参见表3-10.
   4. CsCl型结构
    氯化铯(CsCl)晶体结构为立方晶系(见图3-24),系Pm3m空间群,简单(原始)立方格子,ao = 0.411nm。Cl-位于简单立方格子的八个顶角上,Cs+位于立方体的中心,CN±均为8,共有2套等同点。用坐标表示单位晶胞中质点的位置时,只需写出一个Cl-和一个Cs+的代表坐标即可,分别为:Cl-—0 0 0,Cs+—1/2 1/2 1/2。属于CsCl型结构的晶体还有CsBr、CsI、TlCl、NH4Cl等。
    5. b-ZnS(闪锌矿)型结构
    b-ZnS晶体属立方晶系,面心立方格子, 空间群,z = 4,S2-按立方紧密堆积,r+/r- = 0.33,所以Zn2+填充在四面体空隙中,即Zn2+的配位数是4,八面体空隙全部空着(请读者自行指出其位置)。从晶胞图可见,S2-的配位数也是4。由于n个质点作紧密堆积可以得到2n个西面体空隙,而在b-ZnS分子中,正、负离子个数比为1:1,所以说正离子只填充了1/2四面体空隙,交替分布于立方体内8个小立方体中的4个。b-ZnS晶体中共有2套等同点,各质点的坐标是:S2-—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。为了便于记忆闪锌矿的晶胞,可以回顾一下金刚石的晶胞,将金刚石晶胞中体内的4个C原子换成Zn2+,立方面心结点位置上的C原子换成S2-,就成了闪锌矿晶体结构。
      
    图3-25给出了b-ZnS晶胞图及其在001面上的投影图,也示出了按多面体连接方式表示的b-ZnS晶体结构,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b-SiC、GaAs、AlP、InSb等。

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