晶体结构类型与典型结构

六、晶体结构类型与典型结构

（一）晶体结构类型

在矿物晶体结构分类中，依结构中最强化学键在空间的分布特征和原子或离子配位多面体的联结方式可分为以下类型：

1.配位型

晶体结构中仅出现有一种化学键，可以是离子键、共价键或金属键。键在三维空间分布均匀，其配位多面体之间可以共棱、共面或共角顶等方式联结，同一角顶所联结的配位多面体的数目不少于三个，如图6－7所示的闪锌矿晶体结构特征。

图6－7　闪锌矿晶体结构

2.架状型

晶体结构中仅出现有一种化学键，主要是共价键，键在三维空间分布均匀，其配位多面体之间主要以共角顶等方式联结，同一角顶所联结的配位多面体的数目不超过两个，如α－石英的晶体结构特征。

3.岛状型

晶体结构中存在有原子团，主要是络阴离子团，且团内的化学键强度远大于团外的联结力，晶体从溶液中解体首先从团外开始，而络阴离子团可稳定保存下来，如石榴石晶体的结构特征。

4.链状型

晶体结构中最强的化学键形成单方向分布，由原子或配位多面体在晶体结构中某些方向联结成链状而形成，链间以弱键联结，形成的晶体形态多呈柱状，如金红石、角闪石的晶体结构特征。

5.层状型

晶体结构中最强的化学键形成二维方向分布，原子或配位多面体在晶体结构中相互联结成平面层状产出，层间以弱键或分子键等联结，形成的晶体形态多呈片状，如云母、石墨的晶体结构特征。

6.环状型

晶体结构中最强的化学键沿二维平面呈环分布，原子或配位多面体在晶体结构中相互联结成平面环状产出，环间以离子键或分子键等联结，形成的晶体形态多呈柱状，如绿柱石、电气石的晶体结构特征。

（二）典型结构

1.典型结构概念

在自然界许多晶体结构中，其不同的质点在空间对应排列的方式相同，则这些晶体的结构被称为等型结构。在等型结构中以一种常见的晶体作为代表来命名，这些作为代表的晶体结构则被称为典型结构。如石盐（NaCl）、钾盐（KCl）、方铅矿（PbS）、方镁石（MgO）等晶体为等型结构，一般选石盐（NaCl）晶体结构作为代表来命名——NaCl型结构。即NaCl型结构为一典型结构，它代表上述四种晶体结构，该4种晶体结构均被称为NaCl型结构。

在研究分析晶体结构时，典型结构起到代表作用，它为晶体结构的分析与研究提供了更方便、更省时的途径。在分析一般晶体结构时，可用典型结构中质点的几何特征作类似对比来说明。如果这些晶体结构能通过典型结构的变化来阐述，则这些晶体结构被称为典型结构的“衍生结构”。如黄铁矿（FeS₂）的晶体结构可被称为NaCl型结构的衍生结构。

2.典型结构分析

典型结构的分析是在阐明等结构中质点的分布、排列规律，原子或离子配位多面体的形状、联结方式及对晶体外形与物化性质的影响。这对研究矿物晶体特征则显得特别重要。

以NaCl（石盐）结构为例，论述典型结构分析的方法，石盐结构见图6－8。

图6－8　石盐晶体结构

石盐，NaCl，等轴晶系，a=0.548nm。在石盐晶体结构中，Cl^－位于立方体晶胞的八个角顶和六个面的中心，Na⁺位于立方体的十二条棱的棱中心及体心。由于每一个角顶上的Cl^－被相邻的8个晶胞所共用，故属于该晶胞只有1/8，而面中心的Cl^－被相邻的2个晶胞所共用，故属于该晶胞只有1/2，所以整个晶胞内的Cl^－数目一共有1/8×8+1/2×6=4。而一条棱中心的Na⁺被相邻的4个晶胞所共用，故属于该晶胞只有1/4，体心中的Na⁺被全部贡献于该晶胞，所以整个晶胞内的Na⁺数目一共有1/4×12+1=4。这样石盐晶胞内有4个Na⁺和4个Cl^－，相当于4倍化学式，即Z=4，单位晶胞含有4个NaCl分子。

在石盐晶体结构中，Cl^－半径大，作立方最紧密堆积；Na⁺半径小，全部充填于八面体空隙中。阴、阳离子的配位数C.N=6。在空间上，［NaCl₆］八面体在a、b、c方向上以共角顶联结，三维空间的联结力相同，这个结构特征导致石盐晶体常呈立方体、粒状形态。而在｛100｝方向上由于发育电性中和面，即在（100）面网上Na⁺与Cl^－的数目分别相等而导致电荷中和，所以使得石盐晶体发育｛100｝完全解理。

从上述分析可知，具有Nacl型结构的晶体，晶胞中均含4个分子，离子配位数均为6，晶体常呈立方体形态，常发育有｛100｝完全解理。