[科普中国]-金红石型结构

金红石型结构是指以金红石(二氧化钛的一种)为代表的一类AB2型化合物的离子晶体结构。属四方晶系。其中阴离子B(如O2-)作近似六方密堆积，阳离子A(如Ti4+)填充在由阴离子构成的八面体空隙中的半数。A-B间为离子键联系，其配位数分别为6和3。这类化合物中离子半径比R+/R-大多数在0.732和0.414之间。

简介金红石型结构是指以金红石(二氧化钛的一种)为代表的一类AB2型化合物的离子晶体结构。

结构特点属四方晶系，简单四方点阵，空间群为P4/mmm。晶胞中共有2个阳离子A，1个阴离子B。在这类结构中，阴离子B(如(氧离子)作近似六方密堆，阳离子A(如钛离子 )填充可利用的氧八面体位置的一半，并致使近密堆的晶格发生畸变。每个阴离子同时被3个（AB2）所共有。正负离子配位数分别为6和3，半径比大多数在0.732-0.111之间1。

一些化合物具有金红石型结构的AB2型化合物有氧化物二氧化锗、二氧化锡、二氧化铅、二氧化猛、二氧化锝、二氧化钼、二氧化钨、二氧化钴以及二氟化锰、二氟化锌、二氟化钴、二氟化铁、二氟化镁等。

相关概念金红石是就是较纯的二氧化钛，一般含二氧化钛在95%以上，是提炼钛的重要矿物原料，但在地壳中储量较少。它具有耐高温、耐低温、耐腐蚀、高强度、小比重等优异性能，被广泛用于军工航空、航天、航海、机械、化工、海水淡化等方面。金红石本身是高档电焊条必须的原料之一，也是生产金红石型钛白粉的最佳原料2。

晶体结构金红石型结构是AX2型化合物的典型结构之一。O离子作为六方最密堆积，Ti离子位于相似规则的八面体空隙中，CN=6；O离子位于以Ti离子为角顶所组成的平面三角形的中心，CN=3。这样就形成了一种以[TiO6]八面体为基础的晶体结构。[TiO6]八面体彼此以棱相连形成了沿c轴方向延伸的比较稳定的[TiO6]八面体链，链间则是以[TiO6]八面体的共用角顶相联结。[TiO6]的共用棱O－O=0.246nm，非共用棱O－O=0.295－0.278nm；而对于未扭曲的正常的[TiO6]八面体而言，O－O=0.277nm。共用棱的缩短，非共用棱的增长，系由于中心阳离子斥力的影响所致，从而使八面体稍有畸变。这一结构特征可以明显地解释金红石沿c轴伸长的柱状或针状晶形和平行伸长方向的解理。TiO2的三种变体金红石、板钛矿和锐钛矿的晶体结构都是以[TiO6]八面体共棱为基础的，但每个[TiO6]八面体与其它[TiO6]八面体共棱的数目在金红石中为2，在板钛矿中为3，在锐钛矿中为4。配位多面体共棱或共面使中心阳离子间距缩短，降低了晶体结构的稳定性。从多种AX2型化合物具金红石型结构，以及自然界中金红石分布较广，而锐钛矿比较少见，也正说明了由金红石、板钛矿至锐钛矿，结构的稳定性是递减的3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学