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硫化亞鐵的顏色會(huì)什么是黑色的
2025-11-24
硫化亞鐵(FeS)的顏色呈現(xiàn)黑色,主要源于其電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)對(duì)光的吸收特性,具體原因如下:
1. 電子躍遷與光吸收
FeS 中,鐵(Fe²?)的3d軌道電子與硫(S²?)的價(jià)電子之間存在電荷轉(zhuǎn)移躍遷(Fe²? → S²?的電荷轉(zhuǎn)移)。這種躍遷會(huì)強(qiáng)烈吸收可見光(尤其是高能量光子如藍(lán)、綠光),導(dǎo)致反射光中僅剩低能量的黑色或暗灰色。
類似現(xiàn)象也出現(xiàn)在其他過渡金屬硫化物中(如FeS?、CuS),但FeS的電荷轉(zhuǎn)移效率更高,吸收更徹底。

2. 晶體缺陷與金屬性
FeS 的晶體結(jié)構(gòu)(如六方或四方晶系)常存在非化學(xué)計(jì)量比(如Fe???S,x≈0.05-0.1),導(dǎo)致鐵空位和自由電子。這些缺陷增強(qiáng)了金屬性導(dǎo)電,使材料對(duì)光的吸收無選擇性(類似金屬的黑色表面)。
實(shí)驗(yàn)表明,F(xiàn)eS 的能帶間隙接近0 eV(半金屬特性),可見光光子能量(1.6-3.1 eV)遠(yuǎn)超其帶隙,因此全波段光被吸收,無特定顏色反射。
3. 對(duì)比其他硫化物
黃鐵礦(FeS?):因S?²?二聚體存在,帶隙較大(~0.9 eV),吸收邊在紅外區(qū),反射金黃色。
硫化銅(CuS):銅的d-d躍遷導(dǎo)致藍(lán)綠色吸收,剩余光呈黑色(但機(jī)制與FeS不同)。
總結(jié)

FeS 的黑色是電荷轉(zhuǎn)移躍遷與金屬性缺陷能級(jí)共同作用的結(jié)果:前者吸收可見光,后者消除選擇性反射。這一特性使其成為天然黑色顏料(如古代壁畫)和光伏吸收層的研究材料。












