離子晶體與離子鍵

2021-01-09 初中化學大師

1、離子晶體

(1)定義:由陽離子和陰離子通過離子鍵結合而成的晶體。

(2)構成晶體的微粒:陰、陽離子(在晶體中不能自由移動)

(3)微粒間的作用:離子鍵((陰、陽離子間極強的靜電作用,即靜電引力和靜電斥達到平衡)

(4)常見的離子晶體——離子化合物:強鹼、活潑金屬氧化物、絕大多數鹽等

2、離子鍵

(1)沒有方向性和飽和性,趨向於使離子吸引儘可能多的其他離子分布於周圍(配位數),並以密堆積的方式降低體系的能量,使晶體變得比較穩定。理論上,結構粒子可向空間無限擴展。

(2)離子鍵是較為強烈的作用力,因此離子晶體熔沸點較高、硬度較大、難於壓縮、熔融狀態能夠導電。

(3)在熔化狀態下或水溶液中離子鍵發生斷裂,使離子晶體中不能自由移動的陰陽離子在外加電場作用下產生定向移動,因此能夠導電。

3、晶格能

(1)定義:氣態離子形成1mol離子晶體時釋放的能量,通常取正值。

用于衡量離子晶體中陰、陽離子間靜電作用大小。

(2)對晶體構型相同的離子化合物,離子所帶電荷越多,離子半徑越小,離子晶體的晶格能越大,離子鍵越強。

(3)晶格能越大,形成的離子晶體越穩定,熔點越高,硬度越大。

如NaCl、 NaBr、NaI;NaCl、KCl、RbCl等的熔、沸點依次降低;MgO熔點高於NaCl

4、離子晶體中離子鍵的配位數(C.N.)

(1)定義:是指一個離子周圍最鄰近的異電性離子的數目。

如NaCl和CsCl晶體中陰、陽離子的配位數  

說明:

Ⅰ、氯化鈉型晶胞:陰、陽離子的配位數是6,即每個Na+緊鄰6個Cl-,每個Cl-緊鄰6個Na+

①鈉離子、氯離子的位置關係:鈉離子和氯離子位於立方體的頂角上,並交錯排列。鈉離子:體心和稜中點;氯離子:面心和頂點,或反之;

②每個晶胞含鈉離子、氯離子的個數:Cl- 8×1/8+6×1/2=4 Na+ 12×1/4+1=4;

③與Na+等距離且最近的Na+ 有12個;

④Na+、Cl-比例為1︰1,化學式為NaCl,屬於AB型離子晶體。

Ⅱ、氯化銫型晶胞:陰、陽離子的配位數是8,即每個Cs+緊鄰8個Cl-,每個Cl-緊鄰8個Cs+

從圖中可以很明顯地看出:每個Cs+周圍最鄰近的Cl-有8個,每個Cl-周圍最鄰近的Cs+有8個,則Cs+、Cl-的配位數都是8。因此整個晶體中,Cs+、Cl-比例為1︰1,化學式為CsCl,屬於AB型離子晶體。

同是AB型離子晶體, CsCl與NaCl的晶體結構和配位數不一樣。

5、決定離子晶體結構的主要因素:

①幾何因素:正、負離子的半徑比的大小;

晶體的陰、陽離子所帶的電荷數相同的AB型離子晶體的幾何因素與配位數(陰、陽離子個數相同,配位數也相同)的關係:

②電荷因素:正、負離子所帶電荷的多少;

晶體中陰、陽離子的電荷數不相同,陰、陽離子個數不相同,各離子的配位數也不相同。

例:圖中晶胞結構計算:每個Ca2+周圍最鄰近的F-有8個,表明Ca2+的配位數為8。每個F-周圍最鄰近的Ca2+有4個,表明F-的配位數是4。由此可見,在CaF2晶體中,Ca2+和F-個數比為1︰2,剛好與Ca2+和F-的電荷數之比2︰1。整個晶體的結構與前面NaCl和CsCl的結構完全不相同。

因此可以得出晶體中陰、陽離子電荷比也是決定離子晶體結構的重要因素,稱為電荷因素。

③鍵性因素:離子鍵的純粹程度。

小結:本節課主要學習離子晶體的基本性質與結構。通過本節學習可以知道為什麼離子晶體種類繁多且結構多樣。由於離子晶體中陰、陽離子的結合方式使得整個晶體是一個「巨分子」,不存在單個分子。CsCl、NaCl、CaF2表示的只是晶體中陰、陽離子個數比的化學式,不表示分子組成的分子式。

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