也谈金刚石和二氧化硅的晶体结构

也谈金刚石和二氧化硅的晶体结构 江苏省木渎高级中学 陆文明 邮编:215101 《化学教育》2000年第9期第13页湖北宣恩县第一中学易宗孝老师在《从晶体硅和二氧化硅的教学谈起》一文中写道:“„„同样，从最小的12元环出发，每个环上有6个硅原子和6个氧原子，可得到每个12元环完整地占有6161，,/6132，,/个硅原子，占有个氧原子，即硅原子与氧原子的比为 6161，,/1:2。实际上与金刚石晶体中，每个最小的六元环完整地占有个碳 6132，,/原子，个共价键的结论是一致的。”笔者认为该结论有误。 在金刚石晶体中，每2个直接相邻的C,C共价键(如图2中?和?)只为两个近乎垂直的六元环同时所共有。当考虑每个最小的六元环完整地占有 图1 图2 多少个碳原子时，可从晶体中每个碳原子连有的4个C,C 共价键 ( )着手。当六元环拥有其中任意一个C,C共价键时，同时拥有该碳原子，而4个C—C共价键中任意2个键都是直接相邻的关系，根据数学 2C,6上的排列组合原理，从4个C—C共价键中任取2个，有种情况，故4 2C，,212可知，这4个C,C共价键为个六元环共有，即该碳原子为这124 1个六元环共有。所以，每个最小的六元环完整地占有个碳原子。6112，,/2当考虑每个最小的六元环完整地占有多少个C,C共价键时，也可从 出发，先假定这些六元环都拥有其中一个共价键(如键?)， 当六元环都含有该键时，肯定也含有该碳原子，也就是说，当成环时，这些六元环除拥有键?外，还同时拥有该碳原子上余下三个共价键其中之一，任 1C,3取余下三个C,C共价键中的一个键，根据数学上的排列组合原理，有3种情况，且每种情况中，所取C,C键与键?都为直接相邻的关系，故可知 1C，,26共有个六元环拥有键?，所以每个最小六元环完整地占有3 6161，,/个C,C共价键。 1同理考虑二氧化硅晶体中，每个12元环完整地占有个硅原6112，,/2 SiOSi,,子。当把每个12元环中“”看作一个整体时，这相当于金刚石晶 SiOSi,,体中的一个“C,C”键，且当12元环拥有该“”单元时，即拥有 6161，,/该氧原子，所以，每个12元环完整地占有个氧原子。 综上所述，在金刚石晶体中，每个最小六元环完整地占有1/2个碳原子， CC,占有1个共价键;同理，在二氧化硅晶体中，每个12元环完整地占有1/2个硅原子，占有1个氧原子。