晶体系列文章04——离子晶体

写在前面：离子晶体是结构化学的重要组成部分，也是高考的重点内容，许多同学对于该部分内容比较生疏，做题存在畏难情绪，得分率往往不高，下面将该部分内容做一总结，在阅读之前，建议你先关注+收藏，以便查阅，讨论交流。

一、离子晶体

1、定义：定义：由阳离子和阴离子通过离子键结合而成的晶体。

2、成键粒子：阴、阳离子

3、相互作用力：离子键，无方向性和饱和性，离子键的本质是一种静电作用，阴、阳离子可以看成是球形对称的，阴、阳离子的电荷分布也是球形对称的，决定了一个离子与任何方向的电性不同的离子相吸引而成键，所以离子键无方向性。只要是阴、阳离子之间，只要空间条件允许，则彼此吸引，即无饱和性。

4、常见的离子晶体：强碱、活泼金属氧化物、大部分的盐类。

二、离子晶体典型的模型

1、什么是离子晶体的配位数？

离子晶体中1个离子周围最邻近的带相反电荷离子的数目就是该离子的配位数。阳离子的配位数是指与1个阳离子紧邻（距离最近且相等）的阴离子的数目；阴离子的配位数是指与1个阴离子紧邻（距离最近且相等）的阳离子的个数。

阴、阳离子的配位数之比为其所带电荷的绝对值之比，如CaF2晶体中钙离子的配位数为8，氯离子的配位数为4，简记：高价高配。（或阴、阳离子的配位数之比与其微粒个数成反比）。

2、决定离子晶体结构（即配位数）的因素

（1）（1）几何因素：__晶体中正、负离子的半径比(r+/r- )

半径比（r+/r_）	0.2～0.4	0.4～0.7	0.7～1.0	＞ 1.0
配位数	4	6	8	10
代表物	ZnS	NaCl	CsCl	CsF

结论：AB型离子晶体中，阴、阳离子的配位数相等，但正、负离子的半径比越大，离子的配位数越_大__。

（2）电荷因素: 晶体中阴阳离子所带的电荷不同，会造成阴阳离子的配位数 _不同__。

（3）键性因素：离子键的纯粹程度

3、常见的离子晶体的结构

（1）NaCl型（KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等）

氯离子位于8顶点、6面心，钠离子位于12个棱心和1个体心。

①依据均摊法，在一个NaCl晶胞中，有 4 个Na+，有 4 个Cl－。

②在NaCl晶体中，每个Na+同时强烈吸引 6 个Cl－，形成 正八面体 形；

每个Cl－同时强烈吸引 6 个Na+。形成 正八面体 形；

则NaCl晶体中，Na+ 和Cl－的配位数分别为 6 、 6 。

③在NaCl晶体中，每个Na+周围与它最接近且距离相等的Na+共有 12 个。

同理：每个Clˉ周围与它最接近且距离相等的Cl－共有 12 个。

如果抛开钠离子，单独看氯离子属于面心立方堆积，所以氯离子的配位数是12。反之，亦然。

④四面体空隙和八面体空隙

4个等性的球体堆积可以形成一个四面体空隙，6个等性的球体堆积可以形成一个八面体空隙。

在等大球体的最紧密堆积中，把组成层间空隙的球心连起来，由4个球体所围成的空隙—正四面体空隙。由6个球体所围成的空隙—正八面体空隙。

【知识链接】正八面体有6个顶点、12条边和8个面。它由八个等边三角形构成，也可以看做上、下两个正方椎体黏合而成，每个正方椎体由四个三角形与一个正方形组成。

正八面体内嵌在立方体中时，6个顶点分别位于立方体的面心。

正八面体体积 ∶ 立方体体积 = 1 ∶ 6

在氯化钠晶胞中，Na+位于Cl-所围成的正八面体空隙中，晶胞含有4个正八面体。

同理，Cl-位于Na+所围成的正八面体空隙中，晶胞含有4个正八面体。

（2）CsCl型（CsBr、CsI、NH4Cl等）

①在一个CsCl晶胞中，有 1 个Cs+，有 1 个Cl－。

②在CsCl晶体中，每个Cs+同时强烈吸引 8 个Cl－,即 Cs+的配位数为 8；

每个Cl－ 同时强烈吸引 8 个Cs+，即Cl－的配位数为 8 。

③在CsCl晶体中，每个Cs+周围与它最接近且距离相等的Cs+共有 6 个，形成 正八面体 形。同理：在CsCl晶体中，每个Clˉ周围与它最接近且距离相等的Cl－共有 6 个。

这是因为抛开氯离子，8个Cs+离子构成一个简单立方的堆积方式，其配位数为 6 。

同理，抛开铯离子，8个Clˉ离子构成一个简单立方的堆积方式，其配位数为 6 。

（3）ZnS型晶胞

①1个ZnS晶胞中，有 4 个S2－，有 4 个Zn2＋。

②Zn2＋的配位数为 4 。S2－的配位数为 4 。

【锌离子位于晶胞的8个顶点，6个面心，Zn2+作面心立方堆积，和Zn2+离子等距离且最近的Zn2+离子的个数为12个。4个S2-位于晶胞体内，且处于Zn2+所围成的正四面体的空隙。】

【4个S2-位于晶胞内互不相邻的4个小立方体的中心，4个S2-离子构成正四面体，和S2-离子等距离且最近的S2-离子的个数为12个——其实单独看S2-离子的堆积方式也是面心立方堆积。】

【注意：1、2、3、4号球的相对位置】1号球与前面顶点相连，表示其在前左下小立方体的中心；2号球与后面顶点相连，表示其在后右下小立方体的中心。1号球的分数坐标（1/4，1/4，1/4）；2号球的分数坐标（3/4，3/4，1/4）；3号球的分数坐标（1/4，3/4，3/4）；4号球的分数坐标（3/4，1/4，3/4）；

【说明】晶胞中下面（或者上面）两个S2-离子的连线正好平行于面对角线，两个S2-离子连线的中心距离为面对角线距离的一半。

（4）CaF2 (萤石)型晶胞

【Ca2+位于8个顶点，6个面心，F-位于晶胞内8个小立方体的中心。Ca2+属于面心立方堆积，与Ca2+等距离且最近的Ca2+有12个。8个F-离子组成一个简单立方体，其体积为晶胞体积的八分之一。与F-等距离且最近的F-有6个。钙离子半径小于氟离子半径。】

①1个CaF2的晶胞中，有 4 个Ca2＋，有 8 个F－。

②CaF2的晶体中，Ca2＋和F－的配位数不同，Ca2+配位数是 8 ，F－的配位数是 4 。

二者的配位数之比等于二者所带电荷的绝对值之比，【二者的配位数之比和离子的个数成反比。】

③每个F-离子周围紧邻的4个Ca2+构成正四面体，每个Ca2+周围紧邻的8个F-构成立方体。

④Ca2+与F-之间的最短距离为晶胞体对角线的1/4。距离最近的两个F-之间的距离是棱长的一半 。

⑤Na2O晶胞称为反萤石型，依据“高价高配”，O2-位于8个顶点、6个面心，其配位数为8；Na+离子位于晶胞内部8个小立方体的中心。Na+离子的配位数为4。

【总结】正八面体空隙和正四面体空隙

（1）在小灰球构成的面心立方晶胞中，共有12X0.25+1=4个正八面体空隙；

如果每个正八面体中心都填入一个原子，则填充在棱中心和体心上（即图1的五角星位置）。

（2）在小灰球构成的面心立方晶胞中，共有8个正四面体空隙；如果每个正四面体中心都填入一个原子，则填充在了把个小立方体的体心上（即图三内部的灰球的位置）。

（3）以面心立方为中心，推演其他晶胞

三、晶格能

1、晶格能的定义：指拆开1mol 离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子是所吸收的能量。（或气态离子形成1mol离子晶体释放的能量）。符号为U，单位为KJ·mol-1，取正值。

Na+(g)+Cl-（g）= NaCl (s) U=786KJ/mol

2、影响晶格能大小的因素：对于结构相似的离子晶体，晶格能的大小与离子所带的电荷数及阴、阳离子的核间距有关。阴、阳离子的核间距越小，离子所带电荷越多，晶格能越大；反之越小。除此之外，晶格能的大小还与离子晶体的结构类型有关。

即阴、阳离子的电荷数越多，离子半径越小，晶格能越大。

3、晶格能的作用：晶格能越大，形成的离子晶体越稳定，而且熔、沸点越高，硬度越大。

四、学以致用

1、一种钙镁矿的四方晶胞结构如图所示。已知该晶胞的参数为apm、apm、bpm，

感谢你的阅读，如果你觉得我的文章对你有帮助，请给予关注[给力]+点赞[赞]，你的支持是我更新的最大动力，关注我，每天收获不一样的干货……

[注：本文部分图片来自互联网！未经授权，不得转载！每天跟着我们读更多的书]

互推传媒文章转载自第三方或本站原创生产，如需转载，请联系版权方授权，如有内容如侵犯了你的权益，请联系我们进行删除！

如若转载，请注明出处：http://www.hfwlcm.com/info/263735.html