1314-98-3 / 硫化鋅的結構

硫化鋅結構有兩種，一種是立方硫化鋅，一種是六方硫化鋅。

一、立方硫化鋅的結構

立方硫化鋅又名閃鋅礦，晶胞參數a為540.93pm，其結構可看作S原子作立方最密堆積，Zn原子占據一半四面體空隙形成。

圖1Zn原子占據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數為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。任意四個相切的球體圍成一個四面體空隙，具體到晶胞而言，四面體空隙由一個頂角原子與三個面心原子圍成，空隙數目為8，均位于晶胞內部，是面心立方原子數4的2倍。

同一個密置層相切的三個球體若與相鄰的另一密置層三個相切的球體空隙對應（中間沒有球體），這六個球將圍成正八面體空隙，具體到晶胞而言，八面體空隙由六個面心原子圍成，或由8個四面體空隙圍成。晶胞內部有1個八面體空隙，棱邊中心各有1個八面體空隙，考慮到均攤，一個立方最密堆積擁有的八面體空隙數為1＋12×1/4＝4個，與面心立方原子數4相同。

故立方最密堆積晶胞原子個數∶八面體空隙數∶四面體空隙數＝4∶4∶8。

由于立方硫化鋅結構可看作S原子作立方最密堆積，Zn原子占據一半四面體空隙形成，填隙時Zn原子互相間隔開，使填隙四面體不會出現共面連接或共邊連接，降低Zn原子之間排斥力，有利于晶體穩定。

圖2立方硫化鋅晶胞

由于Zn原子只占據一半四面體空隙，故立方硫化鋅結構中Zn原子與S原子個數比為4∶4＝1∶1，所以立方硫化鋅化學式為ZnS，一個立方硫化鋅晶胞擁有4個“ZnS”微粒。Zn和S都是按四面體的方式成鍵，鍵型介于共價鍵與離子鍵之間。

二、六方硫化鋅的結構

六方硫化鋅又名纖鋅礦，晶胞參數a為381.1pm，c為623.4pm，其結構可看作S原子作六方最密堆積，Zn原子占據一半四面體空隙形成。

圖3Zn原子占據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數：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。任何四個相切的球圍成一個正四面體空隙，在一個晶胞內最易找到的兩個四面體空隙均在晶胞內部（觀看演示）；其余四面體空隙由晶胞頂點八個球分別與中間層圍成，兩個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，故一個晶胞擁有的正四面體空隙數為2＋4×1/3＋4×1/6＝4個。

三維堆積時若同一個密置層相切的三個球體若與相鄰的另一密置層三個相切的球體空隙對應（中間沒有球體），這六個球將圍成正八面體空隙，晶胞內部在第一與第二、第二與第三密置層共面形成2個正八面體（觀看演示）。

故六方最密堆積晶胞原子個數∶八面體空隙數∶四面體空隙數＝2∶2∶4。

由于六方硫化鋅結構可看作S原子作六方最密堆積，Zn原子占據一半四面體空隙形成，填隙時Zn原子互相間隔開，使填隙四面體不會出現共面連接或共邊連接，降低Zn原子之間排斥力，有利于晶體穩定。

由于Zn原子只占據一半四面體空隙，故六方硫化鋅結構中Zn原子與S原子個數比為2∶2＝1∶1，所以六方硫化鋅化學式為ZnS，一個六方硫化鋅晶胞擁有2個“ZnS”微粒。Zn和S都是按四面體的方式成鍵，鍵型介于共價鍵與離子鍵之間，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的坐標位置為：S原子，晶胞頂點（0,0,0），晶胞內部（2/3,1/3,1/2）；Zn原子，棱邊（0,0,3/8），晶胞內部（2/3,1/3,7/8）。