第一节 离子键和离子晶体gai.ppt

则：U =689.1kJ·mol-1 =89.2kJ·mol-1 =418.8kJ·mol-1 =15.5kJ·mol-1 =96.5kJ·mol-1 =-324.7kJ·mol-1 =-689.1kJ·mol-1 =295.3kJ·mol-1 上述数据代入上式求得： + + + + + = 离子电荷数大,离子半径小的离子晶体点阵能大,相应表现为熔点高、硬度大等性能。 点阵能对离子晶体物理性质的影响： 影响点阵能的因素： ① 离子的电荷(晶体类型相同时) ② 离子的半径(晶体类型相同时) ③ 晶体的结构类型 ④ 离子电子层结构类型 Z↑，U↑ 例：U(NaCl)U(MgO) R↑，U↓ 例：U(MgO)U(CaO) 五、晶体中离子半径 r+ r- d- 正负离子的离子半径和核间距的关系 在离子晶体中，正负离子的核间距等于正负离子的半径之和： d＝r+ + r- d可以通过晶体的X射线分析实验而测得，并以F-的半径（＝133pm）或O2-（＝132pm）为标准，计算其他离子的半径。 同一元素中： 正离子的半径中性原子半径负离子的半径 因为离子之间存在着极化作用，外围的电子云发生变形，离子 并不是正、负电荷中心重合的球形对称的粒子，而且离子键也 包含有不同程度的共价成分，晶体中的离子间也会有电子云的重叠， 所以不能明确的说正、负离子的范围在哪里。 实验证明晶体中离子之间有确定的平衡距离，而且在典型的离子晶 体中离子极化和共价键成分并不是重要因素时，如果把离子近似地 看作是球形对称的粒子，设想正、负离子都有一定的范围，从而半 经验地求出这个范围的尺度，规定它为“离子半径”. 泡林离子半径 离子的大小决定于离子最外层电子的分布，而后者又与有效 核电荷（Z有效）成反比，离子半径可以表示为： 式中S为屏蔽常数，Cn是由量子数所规定的另一常数。 对于具有相同电子构型的离子，其S值相同 举例： 对于NaF晶体： ? ? ? 离子半径 离子看作是弹性圆球体 当距离靠近原子核时，电子密度迅速增大；而在两个离子之间，电子密度则几乎趋于零。 实际测得的正离子半径均大于经验法求得的，负离子半径均小于经验法求得的。 实验测定LiF的电子密度图 六、密堆积原理 如果把离子或原子看作是硬的圆球，它们在空间排列 的方式是服从所谓密堆积原理。就是说离子或原子之 间的作用力会尽可能地使它们占有最小的空间，或者说， 空间利用率最高的结构可能是最稳定的结构 面心立方晶格 F.C.C(Face-Centered Cublic grating)，六方晶格H.C.P(Hexagonal Close Grating) 第一层平面密致排列:等径球体两两相切，可在一个平面上达到最密集排列，此时每个球与近邻的6个球相切。设球心的位置为A，球与球相切相互间形成的空隙有2种：△朝上记做C，△朝下记做B。 1. 等径球的密堆积 第二层平面密致排列时，淡蓝色球可以放在C位，也可以放在B位，但两者是等价的。 第三层平面密致排列时，可以有两种方式： 排紫色球，置于第一层球的球心正上方； 排绿色球，置于第一层球间空隙C位置的正上方。 这种排列形成平面密致层的ABABAB…堆砌，可抽出六方晶格。 在第三层上再堆砌紫色球，与第一层的球心上下正对，形成ABCABCABC …排列。可抽出面心立方晶格 2、不等径球的密堆积 离子晶体的结构可以看作不等径球的密堆积，通过密堆积结构形式了解其特征。通常可把负离子看作等径球的堆积，正离子有序的填充在空隙里。有时也可看作正离子的密堆积，负离子填充空隙。 正离子处于密堆积的间隙有两种方式，一种是处于四面体间隙中， 另一种是处于八面体间隙中。八面体间隙要比四面体间隙大的多， 可以容纳较大的正离子，而不致引起结构变形。 在硫化锌中，锌离子相当小，可处于四面体的间隙中，如果 硫离子是按照立方密堆积排列，则形成闪锌矿结构；如果硫 离子是按照六方密堆积排列，则形成纤锌矿结构。 金属材料：一个原子周围与它直接相邻结合的原子个数，常称为原子配位数。12、8。 离子晶体材料：一个离子周围与它直接相邻结合的所有异号离子个数，常称为离子配位数。8、6、4 共价键晶体：由于方向性和饱和性，因此其配位数不符合紧密堆积原则，CN较低（4 、3 )。 配位数和配位多面体 (1) 配位数（Coordination Number, CN） 配位多面体是指物质结构中，与某个质点构成配位关系而相邻结合的各个质点中心连线所构成的多面体。该质点处于配位多面体的中心位置，而配位质点的中心处于配位多面体的顶角上。 配位多面体 图3-2 几种典型的配位形式及其相应的配位多面体 为了降低晶体的总能量，正、负离子趋于形成尽可能紧密的堆积