離子鍵和離子晶體課件.ppt

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1、§4離子鍵和離子晶體一、本節(jié)內(nèi)容1.離子鍵和典型的離子化合物(1)離子鍵在離子化合物中,正、負(fù)離子之間存在一種強(qiáng)烈的相互作用,這種強(qiáng)烈的相互作用就是離子鍵。離子化合物中,正、負(fù)離子的電子云近似球形對(duì)稱(chēng),因此離子鍵沒(méi)有方向性。在離子晶體中,正、負(fù)離子的大小不同,因此可以看成是不等徑圓球的密堆積,在堆積中每種離子與盡量多的異號(hào)離子接觸,從而使體系的能量盡可能低。應(yīng)當(dāng)注意:單純的離子鍵幾乎沒(méi)有,一般都含有一定的共價(jià)鍵成分。(2)幾種典型的離子晶體離子晶體的結(jié)構(gòu)多種多樣,而且有的很復(fù)雜。但復(fù)雜離子晶體一般都是幾種典型簡(jiǎn)單

2、結(jié)構(gòu)形式的變形,因此需要了解幾種離子晶體的幾種典型結(jié)構(gòu),這包括CsCl、NaCl、立方ZnS、六方ZnS、CaF2、金紅石TiO2等。CsCl型離子晶體:所屬晶系:立方;點(diǎn)陣:立方P;結(jié)構(gòu)基元及每個(gè)晶胞中結(jié)構(gòu)基元的數(shù)目:CsCl,1個(gè);離子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo):A為(0,0,0),B為(1/2,1/2,1/2)。Cs離子的配位數(shù)是8，Cl離子的配位數(shù)也是8。NaCl型離子晶體:所屬晶系:立方;點(diǎn)陣:立方F;結(jié)構(gòu)基元及每個(gè)晶胞中結(jié)構(gòu)基元的數(shù)目:NaCl,4個(gè);Na和Cl離子的配位數(shù)都是6；離子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo):立方ZnS型離子晶體

3、:所屬晶系:立方;點(diǎn)陣:立方F;結(jié)構(gòu)基元及每個(gè)晶胞中結(jié)構(gòu)基元的數(shù)目:ZnS,4個(gè);Zn和S離子的配位數(shù)都是4；離子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo):六方ZnS型離子晶體:所屬晶系:六方;點(diǎn)陣:六方H;結(jié)構(gòu)基元及每個(gè)晶胞中結(jié)構(gòu)基元的數(shù)目:2ZnS,1個(gè);Zn和S離子的配位數(shù)都是4；離子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo):CaF2型離子晶體:所屬晶系:立方;點(diǎn)陣:立方F;結(jié)構(gòu)基元及每個(gè)晶胞中結(jié)構(gòu)基元的數(shù)目:CaF2,4個(gè);Ca和F離子的配位數(shù)分別是8和4；離子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo):金紅石(TiO2)型離子晶體:所屬晶系:四方;點(diǎn)陣:四方P;結(jié)構(gòu)基元及每個(gè)晶胞中結(jié)構(gòu)基元的數(shù)

4、目:2TiO2,1個(gè);Ti和O離子的配位數(shù)分別是6和3；離子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo):2.離子鍵理論(1)點(diǎn)陣能:0K時(shí),1mol離子化合物中的正、負(fù)離子由相互分離的氣態(tài)結(jié)合成離子晶體時(shí)所放出的能量。點(diǎn)陣能(晶格能)的理論計(jì)算:兩個(gè)荷電為Z+e和Z－e的球形離子,距離為r時(shí),相互之間的作用能為:在晶體中,例如NaCl型晶體,當(dāng)正離子與負(fù)離子之間的距離為r(r=r++r-)時(shí),每個(gè)Na+離子周?chē)?6個(gè)距離為1r的Cl－12個(gè)距離為r的Na＋8個(gè)距離為r的Cl－6個(gè)距離為r的Na＋……所以對(duì)這個(gè)Na+離子,其庫(kù)侖作用能ENa＋為

5、:對(duì)一個(gè)Cl－離子,其庫(kù)侖作用能ECl－為:1mol.的Na+和1mol.的Cl－組成的晶體中,庫(kù)侖能為:1mol.NaCl晶體中,離子之間的排斥能為:這樣,1mol.NaCl晶體總的勢(shì)能函數(shù)為:點(diǎn)陣能的實(shí)驗(yàn)測(cè)定,依據(jù)熱力學(xué)第一定律:Na(s)+Cl2NaCl(s)Cl(g)Cl－(g)+Na＋(g)Na(g)所以U=△Hf－S－I－D－E對(duì)于NaCl有:U=△Hf－S－I－D－E=(410.9+108.4+495.0+119.6-348.3)=785.6kJ·mol-1△HfDSEUI(2)離子極化和鍵型變異現(xiàn)

6、象實(shí)際離子晶體中,純粹屬于離子鍵的很少。一般離子鍵中都含有共價(jià)鍵成分,共價(jià)鍵成分的多少與什么有關(guān)呢?①離子的極化我們知道對(duì)于正離子來(lái)說(shuō),若離子所帶電荷越多,體積越小,產(chǎn)生的電場(chǎng)越強(qiáng),其極化力就越大;一般來(lái)說(shuō)與成正比。過(guò)渡金屬的極化力較強(qiáng)。離子的變形性與該離子的極化率?成正比,帶負(fù)電荷越多,半徑越大的離子越容易變形。②鍵型變異現(xiàn)象離子極化對(duì)離子晶體的鍵型和結(jié)構(gòu)型式影響很大。當(dāng)極化力強(qiáng)的離子與變形性強(qiáng)的離子結(jié)合時(shí),會(huì)產(chǎn)生較大的極化作用,從而導(dǎo)致離子鍵向共價(jià)鍵過(guò)渡,這種現(xiàn)象稱(chēng)為鍵型變異現(xiàn)象。當(dāng)離子鍵向共價(jià)鍵過(guò)渡時(shí),會(huì)伴

7、隨著配位數(shù)降低,鍵長(zhǎng)變短,鍵能和晶體的點(diǎn)陣能增大,晶體的穩(wěn)定性增加,離子晶體的溶解度降低等現(xiàn)象,這是由共價(jià)鍵的所占比例增大決定的。不過(guò),實(shí)際晶體中鍵型還是很復(fù)雜的。③晶體化學(xué)定律哥希密特對(duì)影響離子晶體結(jié)構(gòu)型式的因素作了簡(jiǎn)明扼要的總結(jié)。他指出：“離子晶體的結(jié)構(gòu)型式，取決于其結(jié)構(gòu)基元(原子、離子或原子團(tuán))的數(shù)量關(guān)系、離子半徑的大小及極化作用的性質(zhì)”。這一概括被稱(chēng)為哥希密特晶體化學(xué)定律。此定律不僅適用于離子晶體，也同樣適用于其他晶體?？梢?jiàn)影響晶體結(jié)構(gòu)型式的主要因素有三個(gè):(1)晶體的組成及數(shù)量關(guān)系;(2)組成晶體微粒的

8、大小關(guān)系;(3)微粒之間的極化作用。由于上述因素影響晶體結(jié)構(gòu)型式，這就出現(xiàn)了類(lèi)質(zhì)同晶現(xiàn)象及同質(zhì)多晶現(xiàn)象。(3)離子半徑離子半徑是指離子在離子晶體中的“接觸”半徑,即離子鍵的鍵長(zhǎng)是相鄰正負(fù)離子的半徑之和。正、負(fù)離子半徑的相對(duì)大小直接影響著離子的堆積方式和離子晶體結(jié)構(gòu)型式。一般的離子晶體是負(fù)離子按一定方式堆積起來(lái),較小的正離子嵌入到負(fù)離子之間的空隙中去,這樣一個(gè)正離子周?chē)呢?fù)