1314-98-3 / 硫化鋅的結(jié)構(gòu)

硫化鋅結(jié)構(gòu)有兩種，一種是立方硫化鋅，一種是六方硫化鋅。

一、立方硫化鋅的結(jié)構(gòu)

立方硫化鋅又名閃鋅礦，晶胞參數(shù)a為540.93pm，其結(jié)構(gòu)可看作S原子作立方最密堆積，Zn原子占據(jù)一半四面體空隙形成。

圖1Zn原子占據(jù)立方晶胞一半四面體空隙

立方最密堆積的晶胞擁有的原子個(gè)數(shù)為8×1/8＋6×1/2＝4。

立方最密堆積有兩種空隙：八面體與四面體空隙。任意四個(gè)相切的球體圍成一個(gè)四面體空隙，具體到晶胞而言，四面體空隙由一個(gè)頂角原子與三個(gè)面心原子圍成，空隙數(shù)目為8，均位于晶胞內(nèi)部，是面心立方原子數(shù)4的2倍。

同一個(gè)密置層相切的三個(gè)球體若與相鄰的另一密置層三個(gè)相切的球體空隙對應(yīng)（中間沒有球體），這六個(gè)球?qū)烧嗣骟w空隙，具體到晶胞而言，八面體空隙由六個(gè)面心原子圍成，或由8個(gè)四面體空隙圍成。晶胞內(nèi)部有1個(gè)八面體空隙，棱邊中心各有1個(gè)八面體空隙，考慮到均攤，一個(gè)立方最密堆積擁有的八面體空隙數(shù)為1＋12×1/4＝4個(gè)，與面心立方原子數(shù)4相同。

故立方最密堆積晶胞原子個(gè)數(shù)∶八面體空隙數(shù)∶四面體空隙數(shù)＝4∶4∶8。

由于立方硫化鋅結(jié)構(gòu)可看作S原子作立方最密堆積，Zn原子占據(jù)一半四面體空隙形成，填隙時(shí)Zn原子互相間隔開，使填隙四面體不會(huì)出現(xiàn)共面連接或共邊連接，降低Zn原子之間排斥力，有利于晶體穩(wěn)定。

圖2立方硫化鋅晶胞

由于Zn原子只占據(jù)一半四面體空隙，故立方硫化鋅結(jié)構(gòu)中Zn原子與S原子個(gè)數(shù)比為4∶4＝1∶1，所以立方硫化鋅化學(xué)式為ZnS，一個(gè)立方硫化鋅晶胞擁有4個(gè)“ZnS”微粒。Zn和S都是按四面體的方式成鍵，鍵型介于共價(jià)鍵與離子鍵之間。

二、六方硫化鋅的結(jié)構(gòu)

六方硫化鋅又名纖鋅礦，晶胞參數(shù)a為381.1pm，c為623.4pm，其結(jié)構(gòu)可看作S原子作六方最密堆積，Zn原子占據(jù)一半四面體空隙形成。

圖3Zn原子占據(jù)六方晶胞一半四面體空隙

六方最密堆積的晶胞擁有的原子個(gè)數(shù)：4×1/6＋4×1/12＋1＝2

六方晶胞有兩種空隙：八面體與四面體空隙。任何四個(gè)相切的球圍成一個(gè)正四面體空隙，在一個(gè)晶胞內(nèi)最易找到的兩個(gè)四面體空隙均在晶胞內(nèi)部（觀看演示）；其余四面體空隙由晶胞頂點(diǎn)八個(gè)球分別與中間層圍成，兩個(gè)四面體共面連接成三方雙錐形，它們的中心落在與c軸平行的四條棱邊上，故一個(gè)晶胞擁有的正四面體空隙數(shù)為2＋4×1/3＋4×1/6＝4個(gè)。

三維堆積時(shí)若同一個(gè)密置層相切的三個(gè)球體若與相鄰的另一密置層三個(gè)相切的球體空隙對應(yīng)（中間沒有球體），這六個(gè)球?qū)烧嗣骟w空隙，晶胞內(nèi)部在第一與第二、第二與第三密置層共面形成2個(gè)正八面體（觀看演示）。

故六方最密堆積晶胞原子個(gè)數(shù)∶八面體空隙數(shù)∶四面體空隙數(shù)＝2∶2∶4。

由于六方硫化鋅結(jié)構(gòu)可看作S原子作六方最密堆積，Zn原子占據(jù)一半四面體空隙形成，填隙時(shí)Zn原子互相間隔開，使填隙四面體不會(huì)出現(xiàn)共面連接或共邊連接，降低Zn原子之間排斥力，有利于晶體穩(wěn)定。

由于Zn原子只占據(jù)一半四面體空隙，故六方硫化鋅結(jié)構(gòu)中Zn原子與S原子個(gè)數(shù)比為2∶2＝1∶1，所以六方硫化鋅化學(xué)式為ZnS，一個(gè)六方硫化鋅晶胞擁有2個(gè)“ZnS”微粒。Zn和S都是按四面體的方式成鍵，鍵型介于共價(jià)鍵與離子鍵之間，和立方硫化鋅情況相同。

圖4六方硫化鋅晶胞

六方硫化鋅原子在晶胞中占據(jù)的坐標(biāo)位置為：S原子，晶胞頂點(diǎn)（0,0,0），晶胞內(nèi)部（2/3,1/3,1/2）；Zn原子，棱邊（0,0,3/8），晶胞內(nèi)部（2/3,1/3,7/8）。