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第二章离子键和离子晶体

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晶体中原子的结合从两个方面来认识:

第一，从原子形成晶体时的能量效应来考虑，

多个原子结合成分子以至形成晶体的根本原因在于，

原子结合起来后体系具有更低的能量，体系趋于稳定；

第二，从晶体中原子的空间配置即晶体的几何构型来考虑

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离子键：由正负离子之间的静电引力而形成的化学结合力。

一、离子键理论

1、离子键的形成和特征

成键两步骤：形成正负离子和成键。

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成键过程中势能变化情况

系统的总能量决定于离子之间的相互距离R。当排斥力与吸

引力达平衡时R=R0〕，系统能量到达最低点，正负离子在各自平

衡位置振动便形成离子键。

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图2.1势能图

形成离子键的条件：成键原子电负性相差较大

离子型化合物:由离子键形成的化合物。

离子键特点：既无方向性也无饱和性。

2、离子的性质

1〕离子的电荷

对简单正负离子，离子的电荷是指形成离子键时，原子

得到或失去电子后所具有的电荷数。

〔2〕离子的电子构型

〔2〕离子的电子构型

指由原子失去或得到电子所形成的外层电子构型

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二、离子晶体

1、晶体(crystal)的根本概念

1〕晶体的共同特性

有确定的熔点〔如玻璃为非晶体，无确定的熔点〕；

能自发地形成规那么的多面体外形；

各向异性，即在晶体的不同的方向上有不同的物理性质

均匀性，即同一块晶体的各局部的宏观性质相同；

能对x射线产生衍射效应等。

晶体的结构具有周期性。

非晶体不具备晶体的以上特性，主要就是由于晶体结构具

有周期性而非晶态物质不具有周期性所致。

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〔2〕晶体的定义

晶体：但凡原子〔或分子、离子〕在空间按一定规律作

周期性排列构成的物质。或凡原子、分子或离子按点阵结

构作周期性地排列而成的物质。

晶格：重复出现的空间构型(lattice

晶胞：能代表晶体一切特征的最小单位(unitcell。

晶格是由晶胞在三维空间无限重复而构成。

按照各种晶体中晶胞参数的不同，可分为7个晶系。

非晶体又称无定形体，其内部质点排列不规那么，没有

一定的结晶外形。

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2、离子晶体及其特征结

离子晶体：由离子键化合物形成的晶体(ioncrystals)。

特点：

〔1〕晶格结点上交替排列着正、负离子，依离子键结合。

〔2〕离子晶体中的正负离子按一定配位数在空间排列，因此晶体

中不存在单个分子，而是一个巨大的分子

〔3〕离子晶体一般有较高的熔、沸点。离子的电荷越高，半径越

小，静电引力越强，晶体的熔点、沸点也越高。

〔4〕一般硬度较大，但延展性差，因而容易破碎。

〔5〕熔融或其水溶液都是电的良导体，但在固态时晶格结点上的

离子只能振动，因而不导电。

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最简单的AB型离子晶体的空间构型

离子晶体中，由于负离子一般比正离子大很多，使负离子的堆

积成为离子晶体的主要框架，正离子可以看成是填充在负离子堆积

形成空隙中。

离子的堆积方式与正负离子的半径之比有一定关系。

粒子的配位数：在晶体内一个粒子与相邻最近的其它粒子的数目。

离子晶体中，正负离子的半径比〔r＋/r－〕不同，那么正离子

的配位数不同。

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AB型离子晶体的三种空间构型

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AB型离子晶体的三种空间构型