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* 第七讲： 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. 离子键理论及晶格能的计算 3. 离子极化和键型变异现象 4. 离子半径 1.离子键和典型的离子化合物 (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. 离子键理论及晶格能的计算 (1)点阵能: 0K时, 1mol离子化合物中的正、负 离子由相互分离的气态结合成离子晶体时所放出 的能量。 点阵能(晶格能)的理论计算: 两个荷电为Z+e和Z－e的球形离子, 距离为r 时, 相互之间的作用能为: 在晶体中, 例如NaCl型晶体, 当正离子与负离 子之间的距离为r (r= r++ r-)时, 每个Na+离子周围 有: 6个距离为1 r的Cl－ 12个距离为 r的Na＋ 8个距离为 r的Cl－ 6个距离为 r的Na＋ …… 所以对这个Na+离子, 其库仑作用能ENa＋为: 对一个Cl－离子, 其库仑作用能ECl－为: 1mol.的Na+和1mol.的Cl－组成的晶体中, 库仑能为: 1mol. NaCl晶体中, 离子之间的排斥能为: 这样, 1mol. NaCl晶体总的势能函数为: 点阵能的实验测定, 依据热力学第一定律: Na(s) + Cl2 NaCl(s) Cl(g) Cl－(g) + Na＋(g) Na(g) 所以 U=△Hf－S－I－D－E 对于NaCl有: U=△Hf－S－I－D－E = (410.9+108.4+495.0+119.6-348.3) = 785.6 kJ·mol-1 △Hf D S E U I (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?