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材料科学基础 周颖 2.4离子晶体结构 2.4离子晶体结构 由正负离子间的静电引力作用形成的化学键叫离子键。离子键形成过程可概括如下：当电离能很小的金属原子和电子亲合能较大的非金属原子相互接近时，前者失去电子成为正离子，后者获得电子成为负离子，正负离子之间由于静电引力而靠拢。但当它们充分靠近时，两者的电子云之间及原子核之间将产生排斥力。在一定条件下，吸力与斥力达到平衡，正负离子间保持一定距离，形成离子键。一般来说，当成键的两个原子电负性差△X1.7时，形成离子键。 由于离子的电荷分布是球对称的，它在各个方向上都可以和异性离子相吸引，所以离子键是没有方向性的。离子键的另一特征是没有饱和性：即一个离子可以同时和几个异号离子相结合，并尽可能多地与异性离子接触以形成稳定结构。如1个Na+可以与6个Cl-结合，1个Cl-周围也有6个Na + ，如此在三维空间延伸，就形成了一个巨大的“NaCI”离子晶体。 典型的金属元素与非金属元素的化合物如NaCl、LiF、SrO、BaO等都是离子晶体，陶瓷材料中很多金属氧化物(例如A1203、TiO2等)以及三元及多元化合物，例如尖晶石(MgO·A12O3)、锆钛酸铅[Pb(ZrxTi1-x) O3都可以归属于离子晶体。 在离子晶体中很难产生可以自由运动的电子，因此纯离子晶体都是良好的绝缘体。例如云母、刚玉、尖晶石等均是很好的绝缘材料。但是在熔融态或溶液(如NaCl的水溶液)中，正、负离子在外电场作用下可以较自由地运动，因此就有良好的导电性。 离子晶体中离子的外层电子比较牢固地束缚在离子外围，可见光的能量通常不足以使其外层电子激发，因此它不吸收可见光，典型的离子晶体常常是无色透明的，例如作为光学材料的卤化物晶体氯化钠、氟化钙等就是纯净的透明单晶。  离子晶体中正负离子的结合是比较牢固的，因此其硬度较大，熔点也较高，弹性模量大，但是比较脆，这是由离子键的特点所决定的。因为当离子晶体发生滑移时很容易引起同号离子相斥而破碎。如刚玉性质极硬，为莫氏硬度9级，此与结构中Al-O键的牢固性有关。 离子晶体高温性能优良，是高温结构材料的主要晶相。 MgO的熔化温度达到2800℃左右，因而MgO(方镁石)是碱性耐火材料镁砖中的主要晶相 。刚玉熔点高达2050℃，因此，α-Al2O3是构成高温耐火材料和高绝缘无线电陶瓷中的主要晶相。刚玉砖和坩埚是熔制玻璃时所需要的耐火材料。 2.4.1典型离子晶体结构 2.4.2鲍林规则 2.4.3硅酸盐离子晶体结构 2.4.1典型离子晶体结构 与金属晶体类似，离子晶体中的正负离子也采取最密堆积方式，但与金属晶体不同的是正负离子的大小不同、符号相反。因此，离子晶体的堆积原则是正负离子都尽可能多的与异号离子接触，以使体系的能量尽可能低而形成稳定的结构。 1、AX型化合物 2、AX2型化合物 3、A2X3型化合物 4、ABO3型化合物 5、AB2O4型化合物 1、AX型化合物 氯化钠型结构 氯化铯型结构 立方ZnS型结构 六方ZnS型结构 氯化钠型结构 氯化钠型结构属于立方晶系，均为典型的离子晶体。 氯化钠型结构可看作由一套面心立方的Na离子格子与一套面心立方的Cl离子格子在空间错位1/2（a+b+c），穿插而构成氯化钠点阵。 Na离子的配位数是6，Cl离子的配位数是6 属氯化钠型结构的还有MgO、CaO、SrO、BaO、CdO、MnO、FeO、CoO、等，即以O2-取代Cl-，以Mg2+ 、Ca2+等正离子取代Na+。这些氧化物都有很高的熔点，尤其MgO的熔化温度达到2800℃左右，因而MgO(方镁石)是碱性耐火材料镁砖中的主要晶相。 氯化铯型结构 氯化铯型结构可看作由一套简单立方的Cs格子与一套简单立方的Cl离子格子在空间错位1/2（a+b+c）,穿插而构成氯化铯点阵。 Cs离子的配位数是8，Cl离子的配位数是8。 属ScCL晶体结构的还有ScCL、CsBr、CsI 立方ZnS型结构 S2-位于立方晶胞之顶角及面心上，形成面心立方最紧密堆积形式，而Zn 2+交错地占据四面体间隙的一半，正负离子的配位数均为4。 由于Zn 2+ 具有18电子构型，而且S2-又易于变形，因此Zn-S键已经带有相当程度的共价键性质。 具有闪锌矿型结构的尚有Be、Cd、Hg的硫化物、硒化物和碲化物以及CuCl等。 六方ZnS型结构 六方ZnS型结构（纤锌矿）：S2-按六方最密堆积方式排列，而Zn 2+则填入半数的四面体空隙中，正负离子的配位数均为4，在氧化物如BeO、ZnO中，也具有纤锌矿的结构型式。 2、AX2型化合物 萤石(CaF2)型 金红石(TiO2)型 碘化镉（CdI2）型 方石英型 萤石(CaF2)型 萤石属立方晶系。Ca 2+位于立方晶胞的各个角顶及面的中心，