1.离子键及典型离子化合物 离子键没有方向性和饱和性,它向空间各方向发展,形成离子键。 离子键中正负离子采取密堆积方式,正负离子可看成不等径圆球,正负离子各与尽可能多的异号离子接触,使体积能量尽可能的低。 离子晶体的结构多样而复杂,但复杂离子晶体的结构一般都是典型的简单结构型式的变形。 离子晶体结构下表:
A B 晶体 构型 晶 系 点群 立方 几种 型及 型晶体构型 点阵 结构基元 配位比 分数坐标 立方F (4个) 立方P (1个) 六方 几种 型及 型晶体构型 晶体 构型 晶 系 点阵 结构基元 配位比 分数坐标 点群 A B 立方 立方F (4个) 立方P (1个) 六方 (2个)
几种 型及 型晶体构型 A B 晶体 构型 晶 系 点阵 分数坐标 点群 立方 四方 2个 结构基元 配位比 立方F 金红石 四方P 几种 型及 型晶体构型 晶体 构型 晶 系 点阵 结构基元 配位比 分数坐标 点群 A B 立方 立方F 金红石 四方 四方P (4个) 2个 (1个)
晶胞 型
型
六方 型 立方 型
2.离子键理论 (1)点阵能 点阵能就是晶格能,是用来衡量离子晶体中离子键的强度的。 点阵能越大,离子键强度越强,晶体越稳定 如: (晶) (气) (晶) 即为 晶体的晶格能
2.离子键理论 (1)点阵能 (晶体) (气) 对 型离子晶 体: 由库仑定律可知:
2.离子键理论 (1)点阵能 (气) (晶体) 对于 型晶体:
2.离子键理论 (2)离子的极化和键型变异 实际晶体中,单纯的离子键很少。而多数晶体往往是几种键型兼而有之,因此会产生离子极化和键型的变异, 晶体化学定律 键型变异现象
离子极化 离子所带电荷越多,其作用力也越大;一般与 成正比。 含 电子的离子,比一般离子的极化力强。 离子在外电场作用下,产生诱导极矩 , 。 叫诱导极化率(即离子在单位电场强度的电场作用下 产生的诱导偶极矩)它的大小,是离子可极化的量度。 同价离子的半径越大,和与此相联系的负离子价数 越高,正离子价数越低,极化率和可极化性越大。
键型变异现象 键型变异现象:极化力强和变形性大的离子之间,特别 是含 电子的正离子(如: ),与极化率大 的负离子(如: )之间,产生较大的相互极 化, 导致离子键向共价键过渡,这种现象称为键型变异现象。 使键长也相应地比离子键长 的理论值逐渐缩短。 产生配位数降低的效应 使得键能和点阵能增大,
哥希密特晶体化学定律: 晶体的结构型式,取决与其结构基元(原子、离子、原子团)的数量关系、离子的大小关系和极化作用的性质。 哥希密特晶体化学定律: 晶体的结构型式,取决与其结构基元(原子、离子、原子团)的数量关系、离子的大小关系和极化作用的性质。 影响结构型式的三个主要因素 晶体的化学组成类型 结构基元的相对大小 结构基元的极化作用 类质同晶现象 同质多晶现象
类质同晶现象 指化学式相似的物质,具有相似的晶体外形。具有同 晶现象的各物质叫做同晶体。 产生原因 具有相同的化学组成(或化学式)类型 相应离子的半径相近或离子半径比相近 具有相同的结构类型,从而有相似的晶体外形
同质多晶现象 同一种化学组成的物质,可以形成多种晶体结构类型的变体。 主要原因 同一物质在不同温度等条件下,产生的同质多晶变体 化学组成类型和离子 半径比一定,决定了正、负离子有一定的配位数。在此前提下,负离子可以有不同的密堆积方式,从而有不同的晶体结构类型。
2.离子键理论 (3)离子半径 离子半径是指离子在晶体中的“接触”半径,即离子键 的键长是相邻正、负离子的半径和。 但离子并非刚性球,同一离子在不同晶体形型式中表现 “接触”半径也有不同。一般所说的离子半径,是以 型离子晶体为标准的数值。具体情况见下表:
一些 型晶体的点阵常数 晶体 4.21 4.44 4.80 5.19 5.21 5.68 c a或b a 负离子 正离子 a b c
2.离子键理论 3.复杂离子化合物及其结构简介 (1)离子配位多面体和泡令规则 第一规则:在每个正离子的周围,形成了负离子的配位多面体,正、负离子的距离取决于半径之和,正离子的配位数取决于半径比。 第二规则——静电规则:在稳定的离子结构中,每个负 离子的电价数,等于或近乎等于这个负离子与其邻近正离子 之间各静电强度的总和。即公用同一顶点的配位多面体的数 目。
2.离子键理论 3.复杂离子化合物及其结构简介 第三规则:在一个配位结构中,公用棱边,特别是公用 (1)离子配位多面体和泡令规则 第三规则:在一个配位结构中,公用棱边,特别是公用 平面,会使结构的稳定性降低;正离子的价数越大,配位数 越小,这一效应越显著。 第四规则:在含有多种不同正离子的晶体中,价数大而配位数小的正离子,倾向于彼此间不共有配位多面体的任何要素。
2.离子键理论 3.复杂离子化合物及其结构简介 (2)硅酸盐晶体结构和分子筛 1、主要成分是硅和氧 2、由泡令第一规则得出 硅酸盐的特征 硅氧半径比为 2、由泡令第一规则得出 硅的配位数为4 3、硅氧键的静 电键强度为:
2.离子键理论 3.复杂离子化合物及其结构简介 (2)硅酸盐晶体结构和分子筛 3、根据第三规则,若两个相邻 四面体公用棱 硅酸盐的特征 3、根据第三规则,若两个相邻 四面体公用棱 或面,将使体系倾向于不公用任何几何要素。 5、 与 间不存在直接的键;他们之间是通过 来连结的。这是与硅有机化合物的重要区别。 4、根据第四规则,由于 的高电价和低配位数, 四面体倾向于不公用任何几何要素。