離子型化合物的半徑比規則

2020-12-06 999化工商城

通式為MX的離子型化合物往往結晶成下列三種結構之一氯化銫(CsC1)結構、氯化鈉(NaC1)結構和閃鋅礦(乙nS)結構。這些結構都是立方晶格並表示在圖11-11中。

一些離子型化合物的晶體結構

從氯化銫模型可以看到一個銫離子佔據在立方體的中心並有八個氯離子作為它的最近鄰。氯離子在實際上都同中心銫離子相接觸。在晶體中ー個原子或離子的最近鄰的數目叫做配位數。在配位化合物中配位數這個詞略有不同的意義(第32.1節)]。每個氯離子也佔據在一個立方體的中心上(在圖11-11中中沒有表示出來),這個立方體以銫離子佔據在角頂上而構成,使每個氯離子的配位數也是八。由於在伸展的晶格中每個角頂上的離子是被八個 立方體所共用,所以每個氯化銫單元晶胞在它的中心含有一個銫離子和淨含一個角頂氯離子(8x、)。每個單元晶胞有一個Cs+和一個C1而保持了電中性。

離子型化合物半徑
離子弄化合物結構

研究氯化鈉結構可以看到,中心離子(鈉)有六個氯離子作為最近鄰,佔據在一個正八面體的角頂上,因此配位數為六。每個單元晶胞中含有四個鈉離子和四個氯離子使晶胞為電中性。 在閃鋅礦(ZnS)結構中的鋅離子有四個硫離子作為最近鄰佔據在正四面體的角頂上。注意在這種結構中僅交替的四面體孔穴被鋅離子所佔據。每個單元晶胞中有四個鋅離子和四個硫離子,使單元晶胞保持電中性。 如前所述,一種給定的MX型離子化合物所採取的結構主要是筒單幾何關係和靜電關係的結果,並決定於正離子(陽離子)和負離子(陰離子)的相對大小。一個大的陽離子可以在它的周圍有較多的陰離子,但和小陽離子相比仍使陰離子保持一定的距離。換句話說,晶體結構和結果的配位數不僅決定於電中性的需要而且也決定於離子的相對大小。每種排列的極限結構可以用所含離子的半徑比來表示 陽離子半徑 r+半徑比=—————— = ——

陰離子半徑 r-

對任何配位數來說都有一個最小的(r/r)比值,低於這個比值時陰離子就將彼此相接觸。MX型化合物半徑比的近似極限值提供在表11-4中。

MX型化合物半徑比的極限值

具有氯化銫結構的一些鹽和它們的實際半徑比如下:CsC1(0.93);CsBr(0.87);CsI(0.78)和T1C1(0.83)。NaC1結構:NaC1(0.52);NaI(0.44);KC1(0.73)AgC1(0.70)。ZnS結構:ZnS(0.40);ZnSe(0.37);BeO(0.22)。

通式為MX2的離子型化合物往往結晶成如下兩種結構之一:螢石(CaF2)晶格和金紅石(TiO2)晶格(見圖11-12和11-13)。這些結構中最重要的單一特徵還是配位數。對MX2型化合物來說,陽離子的配位數和陰離子的配位數是不同的,因為X-離子是M2+離子的2倍。在CaF2晶體中,Ca2+的配位數是八,而F~的配位數是四。在金紅石中,鈦和氧離子的配位數分別是六和三。

結構式

在表11-5中提供了一系列二氟化物MF2的rt/ァ-值,所有這些晶體結構的實驗測定表明它們可以照表中所指出的那樣分類。注意當r+/r降到低於0.71時晶體就從配位數為八的結構變為配位數為六的結構。

隨半徑比而變化的二氟化物結構

於是,離子型晶體的結構顯然將決定於離子的相對數目和相對大小。半徑比規則只能嚴格地應用於離子型晶體。在共價鍵佔主導地位的化合物中這個規則不適用於預測結構。

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