铜铁交错的黄铜矿晶体

铜铁交错的黄铜矿晶体

黄铜矿（CuFeS2）是一种重要的铜、铁硫化物矿物，其晶体结构具有独特的四方晶系特征。本文将详细介绍黄铜矿晶体的结构特点，包括原子分布、配位数以及可能的化合价状态。

Cu、Fe交错

一种CuFeS2(黄铜矿)的四方晶系晶胞结构如图所示：

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14个Fe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4个S，情况类似ZnS晶体。配位数为4对4。

回到Fe、Cu各半、位置交错的黄铜矿。该“长方”晶胞涉及13个Cu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Cu4Fe4S8，CuFeS2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。

配位数

图中可见S的配位数为4(Cu和Fe各2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S有4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S对Fe的配位数实为4。

对照“立方FeS晶胞”，CuFeS2晶胞中S对Cu、Fe的配位数仍为4，Cu、Fe对S的配位数就由4改成了2＋2。

化合价

取S为－2价(S2－)，则Cu、Fe的化合价之和为＋4。有人认为Fe为＋3，Cu为＋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＋与S2－同居共眠不合理，Fe与Cu都是＋2价。还有人认为Fe有部分＋2部分＋3，Cu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。