铜铁交错的黄铜矿晶体

文摘   2024-09-05 05:02   上海  

1. CuFe交错

      一种CuFeS2(黄铜矿)的四方晶系晶胞结构如图。

      如果将该晶体中的所有Cu改成Fe(或所有Fe改成Cu),则该晶胞的上下一半就是一个立方FeS(或CuS)晶胞。该“立方FeS晶胞”涉及14Fe原子,形成面心立方,然后在由Fe构成的8个正四面体中交错嵌入4S,情况类似ZnS晶体。配位数为44

      回到FeCu各半、位置交错的黄铜矿。该“长方”晶胞涉及13Cu原子,8个顶点,4个在面上(中上部前后与中下部左右各1),1个在胞内(中心),实含Cu原子1+2+1=4个。

      涉及Fe原子10个,4个在棱边(晶胞上下之中间),6个分别在6个面上,实含Cu原子1+3=4个。

      涉及S原子8个,全部在胞内(均不在长方晶胞的中间垂直切面上),实含8个。

      该晶胞的化学式为Cu4Fe4S8CuFeS2正是该化合物的最简比例式。

      亦可见将图中的所有Cu、Fe原子对换,仍是原黄铜矿晶体晶胞。

2.配位数

      图中可见S的配位数为4CuFe2个)。

      看晶胞右面上的那个Cu原子,目前跟它配位的S原子有2个,但该Cu原子属于两个晶胞,加上右面的晶胞可见与Cu配位的S4个。

(与顶点上的Cu相邻的S似有8个,实际等距离的S只有交错的4个。)

      看底面中心那个Fe原子,目前与它配位的S原子有2个,在该晶胞之下的另一个晶胞中还有对称的2个,所以SFe的配位数实为4

      对照“立方FeS晶胞”,CuFeS2晶胞中SCuFe的配位数仍为4CuFeS的配位数就由4改成了2+2

3.化合价

      取S-2价(S2-),则CuFe的化合价之和为+4。有人认为Fe+3Cu+1(注意到Cu的原子半径本来就比Fe原子大,128pm>124pm)。也有人认为Fe3+S2-同居共眠不合理,FeCu都是+2价。还有人认为Fe有部分+2部分+3Cu有部分+2部分+1

      还有人认为,只要化合价代数和为零即可,爱咋咋地,较那个真既没空也没啥意思。

(敬请参见拙文《关注晶胞“所涉”微粒数》)


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