锌的结构及晶体结构特点解析

在化学元素周期表上，锌的原子序数为30，是第四周期第二族副族元素，相对原子质量为65.38。与锌处于同一副族的元素还有镉和汞两个重金属元素，该副族元素通常也称为锌分族。

1.原子结构

在锌的原子结构中，所有的电子轨道都被电子填满，其中第一、第二和第三个主层都已填满电子，在最外面的N层上只有两个电子，全部在4s轨道上。锌原子结构中的这一特点决定了锌的物理化学性质。

锌原子中的电子结构是（3d¹⁰，4s²），其电子分布见表2-1。

表2-1 锌原子中的电子分布

2.晶体结构

锌的晶体结构属于密排六方结构（见图2-1）。在晶体学中，将点阵中晶胞每个棱的长度（a、b、c）称为该点阵的点阵常数或晶格常数。如果把金属原子看作刚球，并设其半径为R，则密排六方点阵中a、b、c与R之间的关系为：a=b≠c，a=2R。把原子设想为等径刚球，则在密排六方点阵中理想的轴比c/a应为1.633。(www.xing528.com)

图2-1 锌的晶体结构

在25℃，锌的点阵常数为a=0.2665nm，c=0.4947nm，c/a=0.1856。与理想的密排六方点阵轴比相比较，锌的点阵轴比c/a值较大，说明在c轴方向上原子间距较大，这将对锌的物理性能产生影响。

3.离子结构

元素的各项化学性能在很大程度上受外电子层构造所控制，尤其是最外层的价电子，对化学性质的影响特别大。

锌原子当其最外围4s亚层的两个电子失去后，即变为带正电荷的阳离子Zn2+。锌离子的半径较小，为0.083nm，离子外壳由18电子层（M主层）所组成，锌的离子半径不仅在本副族中是最小的，与主族其他元素比较，也比大多数主族元素小。锌离子较小的半径以及18电子外壳，使其具有高于所有两价阳离子的极化能力。