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常见离子晶体的结构
主要内容包括:
1. 离子键和典型的离子化合物
2. 离子极化和键型变异现象
3. 离子半径
(1)离子键
在离子化合物中, 正、负离子之间存在一
种强烈的相互作用, 这种强烈的相互作用就是
离子键。
离子化合物中, 正、负离子的电子云近似
球形对称, 因此离子键没有方向性。在离子晶
体中, 正、负离子的大小不同, 因此可以看成是
不等径圆球的密堆积, 在堆积中每种离子与尽
量多的异号离子接触, 从而使体系的能量尽可
能低。应当注意: 单纯的离子键几乎没有, 一般
都含有一定的共价键成分。
(2)几种典型的离子晶体
离子晶体的结构多种多样, 而且有的很
复杂。但复杂离子晶体一般都是几种典型
简单结构形式的变形, 因此需要了解几种
离子晶体的几种典型结构, 这包括CsCl、
NaCl、立方ZnS、CaF2等。
CsCl型离子晶体:
所属晶系: 立方; 点阵: 立方P;
结构基元及每个晶胞中结构基元的数目: CsCl, 1个;
离子的分数坐标: A为(0,0,0), B为(1/2,1/2,1/2)。
Cs离子的配位数是8,Cl离子
的配位数也是8。
NaCl型离子晶体:
所属晶系: 立方; 点阵: 立方F;
结构基元及每个晶胞中结构基元
的数目: NaCl, 4个;
Na和Cl离子的配位数都是6;
离子的分数坐标:
立方ZnS型离子晶体:
所属晶系: 立方; 点阵: 立方F;
结构基元及每个晶胞中结构基元的数目: ZnS, 4个;
Zn和S离子的配位数都是4;
离子的分数坐标:
CaF2型离子晶体:
所属晶系: 立方; 点阵: 立方F;
结构基元及每个晶胞中结构基元的数目: CaF2, 4个;
Ca和F离子的配位数分别是8和4;
离子的分数坐标:
2. 离子极化和键型变异现象
实际离子晶体中, 纯粹属于离子键的很少。一
般离子键中都含有共价键成分, 共价键成分的多
少与什么有关呢?
①离子的极化
我们知道对于正离子来说, 若离子所带电荷越
多, 体积越小, 产生的电场越强, 其极化力就越大;
一般来说与成正比。过渡金属的极化力较强。
离子的变形性与该离子的极化率成正比, 带负
电荷越多, 半径越大的离子越容易变形。
②键型变异现象
离子极化对离子晶体的键型和结构型式影响
很大。当极化力强的离子与变形性强的离子结合
时, 会产生较大的极化作用, 从而导致离子键向共
价键过渡, 这种现象称为键型变异现象。
当离子键向共价键过渡时, 会伴随着配位数
降低, 键长变短, 键能和晶体的点阵能增大, 晶体
的稳定性增加, 离子晶体的溶解度降低等现象, 这
是由共价键的所占比例增大决定的。
不过, 实际晶体中键型还是很复杂的。
③晶体化学定律
哥希密特对影响离子晶体结构型式的因素作
了简明扼要的总结。他指出:“离子晶体的结构型
式,取决于其结构基元(原子、离子或原子团)的数
量关系、离子半径的大小及极化作用的性质”。这
一概括被称为哥希密特晶体化学定律。此定律不
仅适用于离子晶体,也同样适用于其他晶体。可
见影响晶体结构型式的主要因素有三个: (1)晶体的
组成及数量关系; (2)组成晶体微粒的大小关系; (3)
微粒之间的极化作用。
由于上述因素影响晶体结构型式,这就出现了
类质同晶现象及同质多晶现象。