離子晶體 化學科 TC004_離子晶體 黎渝秀&曾筱茜 國立中壢高中

投影片中第四頁及第二十一頁的動畫，均由作者製作完成，除了呈現我們所欲教授的想法，彌足學生對抽象複雜概念的理解，若有不週全之處，請各位先進給予指導。

離子鍵的形成 硫化鋅晶體 離子晶體排列 離子晶格能 氯化鈉晶體 離子化合物形成 氯化銫晶體 離子化合物特性

形 成 離 子 的 傾 向

+ → + → + + 形成離子的傾向 10Ne 18Ar 說明原子間價電子轉移的排列方式 說明原子間電子排列的情形 11Na+ 17Cl－ 11+ 17+ 17+ 11+ + → + → + + 11Na+ 17Cl－ 11Na 17Cl (1s22s22p63s1) (1s22s22p63s23p5) (1s22s22p63s0) (1s22s22p63s23p6) (2,8,1) (2,8,7) (2,8,0) (2,8,8) 10Ne 18Ar 說明原子間價電子轉移的排列方式 電子組態 電子數表示 說明原子間電子排列的情形

離子晶體排列 以陰離子形成簡單立方為例 南一 陰離子 陽離子

合理堆積方式 若填入的陽離子大小適當，將使陽離子與陰離子能接觸而陰離子之間不接觸，如圖此為合理的堆積方式 南一 陰離子 陽離子

不合理堆積方式 若填入的陽離子太小，將使陽離子與陰離子無法接觸，陰離子之間卻緊密接觸，如圖此為不合理的堆積方式 南一 陰離子 陽離子

離子晶體最佳排列 能量最低 使相反電荷離子接觸數目 配位數(相反電荷離子包圍) 最大 離子相對大小 陰陽離子的半徑比 配位數不同，所致 晶體形狀亦不同

離子半徑比與晶體結構的關係 南一

八面體晶體-氯化鈉 鈉離子半徑為95pm， 氯離子半徑為181pm， 氯化鈉為配位數 的 八面體晶體 0.414 < =0.525 氯化鈉為配位數 的 八面體晶體 0.414 < =0.525 < 0.732 6 龍騰

氯化鈉單位晶格的三種表示圖 (C)切割後的填充式模型 (B)球-棍模型 (A)填充模型 較能看清兩種離子間的內部規律排列 較接近實際情況 南一 (C)切割後的填充式模型 (B)球-棍模型 (A)填充模型 較能看清兩種離子間的內部規律排列 較接近實際情況 較能看出單位晶格內的原子數

氯化鈉中氯離子的三層排列 南一 第一層 5個氯離子 第一層 4個氯離子 第一層 5個氯離子

氯化鈉晶體~面心立方堆積 南一 (A)氯離子呈面心立方堆積 (B)鈉離子呈面心立方堆積 同種離子最近的離子數 均為12

NaCl-單位晶格 4 = 4 ： 4 = 1 ： 1 4 NaCl Na：Cl 鈉離子： 邊： 心： 氯離子： 頂： 面： 動畫說明 點選圈圈→可至第九頁筱關鈉離子在邊上為1/4的說明 點選鈉離子→NaCl=Na的說明(2006思源E-Teaching：金獅獎陳金星老師提供) 點選鈉離子→NaCl=Cl的說明(2006思源E-Teaching：金獅獎陳金星老師提供) = 1 ： 1 4 動畫說明取自2006思源E-Teaching：金獅獎陳金星老師的晶體結構

晶格長( )=2倍離子鍵長(a) f 原子球緊密接觸 若NaCl式量為M 2d a 斜邊長(f)=同種離子鍵長(2d) 氯化鈉的晶體結構動畫 氯化鈉形成的影片

CsCl晶體 南一 配位數為 8。 單位晶格內有1個Cl－ 與1個Cs＋ 。

四面體形的離子晶體 Zn Zn S S 配位數為 4，如ZnS，其形狀為四面體。

硫離子三層排列~ABC 南一 每一層硫離子依ABCABC…的順序排列，以面心立方堆積。

硫化鋅的單位晶格示意圖 南一 每一個鋅離子位於四個硫離子組成的四面體中心（見虛線地方），配位數為4。

離子化合物的形成 金屬陽離子 非金屬陰離子 Na+、K+、Mg2+ 離子化合物 F－、Cl－、Br－ NaCl、MgO 陽離子團： KNO3 、 MgSO4、NH4Cl 金屬陽離子 Na+、K+、Mg2+ 陽離子團： NH4+ 非金屬陰離子 F－、Cl－、Br－ 陰離子團： NO3－、 SO42－

離子鍵強弱 點選上述資料夾都有詳細的說明 離子價數

離子價數和週期表的相關性 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅧA 週期 1 H He 2 Li Be B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 K Ca 價電子數 1 2 3 4 5 6 7 8 離子價數 +1 +2 +3 ±4 -3 -2 -1 H不屬於ⅠA族 He的價電子數為2

離子半徑來源自General Chemistry 7th Petrucci Harwood P328 電荷乘積 陰陽離子距離 (+2)×(-2) MgO 3093℃ CaO 2878℃ (+1)×(-1) NaF 993℃ NaCl 801℃ (72pm)+(140pm) =212pm (99pm)+(133pm) =237pm 離子半徑來源自General Chemistry 7th Petrucci Harwood P328

離子鍵強弱 SrCl2 CaCl2 MgCl2 873℃ BeCl2 772℃ 708℃ 440℃ NaCl 801℃ MgCl2 708℃ Aluminum chloride 白色或微黃色晶體。 178℃立即昇華。 氣態分子含雙分子。 溶於水。 離子鍵強弱 M、X不同電荷 △EN愈大，離子性愈明顯，熔點愈高 SrCl2 △EN=2.0 873℃ CaCl2 △EN=2.0 772℃ MgCl2 △EN=1.8 708℃ BeCl2 △EN=1.5 440℃ NaCl 801℃ MgCl2 708℃ AlCl3 190℃ (2.5atm) △EN(電負度)及熔點源自於化工大辭典

離子鍵強弱 SnCl2 246℃ MgCl2 708℃ CuCl2 620℃ SnCl4 -33℃ 極化因素(法揚原則) Copper chloride 棕黃色粉末。 993℃分解成氯化亞銅。 由銅與氯結合。 Stannic chloride 無色腐蝕液體。 溶於冷水、乙醇、 二硫化碳。 極化因素(法揚原則) 同種陽離子，氧化數愈高，對電子雲吸引程度大，因此電子傾向共用，共價性較大，熔點較低 過渡金屬較典型金屬易極化，共價性增大，離子性較小，熔點較低 SnCl2 246℃ MgCl2 708℃ CuCl2 620℃ SnCl4 -33℃ 資料源自於化工大辭典

NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl－(aq) 離子化合物特性 常溫以固態存在 固體時不導電 液體、水溶液可導電 NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl－(aq) NaCl( l ) → Na+( l ) + Cl－( l ) 無延展性、硬度大但易碎 以簡式表示 ex.NaCl 斥力， 導致晶體斷裂 離子化合物是由離子組成。 解離成離子，生成離子？ + － 錯位

離子化合物具有不同結晶型態和顏色 Ca(OH)2 NiCl2  6H2O K2Cr2O7 END CuSO4  5H2O K2CrO4

測得NaCl晶體中，相鄰的Na+與Cl－之距離為2.819Å，已知氯化鈉每莫耳質量為58.44克，求氯化鈉晶體的密度。 康熹

解析 單位晶格之邊長 = 2×(2.819×10-8公分) = 5.638×10-8 (公分) 單位晶格之體積 = (5.638×10-8公分)3 = 1.792 ×10-22(立方公分) 每一單位晶格中含有4對NaCl， 故單位晶格之質量 氯化鈉晶體之密度 康熹

已知CsCl固體的密度為3. 99克/立方公分，又知氯化銫之式量為168 已知CsCl固體的密度為3.99克/立方公分，又知氯化銫之式量為168.4克/莫耳，(1)求CsCl單位晶格之邊長，(2)若以之Cl－之半徑為1.80Å，求Cs+之半徑為多少Å？ 康熹

解析 每一單位晶格中含一對CsCl， 故單位晶格之質量 單位晶格之體積 單位晶格之邊長 如右圖所示： 單位晶格之體對角線長 康熹

【提示】影響離子鍵強弱的因素有 (1)正負離子中心的距離， (2)離子所帶的電荷， (3)離子性所占的百分比。 下列為各組化合物的化學式及其熔點，試對各組中兩化合物熔點的差異性提供合理的解釋？ (A) SnCl2（246℃）、SnCl4 （-33℃） (B) LiCl（1360℃）、CsCl（1290℃） (C) MgCl2（708℃）、CuCl2（498℃） (D) NaCl（801℃）、MgO（2852℃） 【提示】影響離子鍵強弱的因素有 (1)正負離子中心的距離， (2)離子所帶的電荷， (3)離子性所占的百分比。 康熹

解析 (A)SnCl2之離子性比SnCl4強，因此熔點較高。 (B)LiCl中正負離子中心的距離較CsCl小， 因此熔點較高。 (C)MgCl2之離子性比CuCl2強，因此熔點較高。 (D)MgO之離子帶電荷較NaCl多，因此熔點 較高。 康熹

右下圖為面心立方結構，其中黃色球位在六個面的中心，紅色球位在八個頂點，試問每顆黃色球在單位晶格內的體積與整顆球體積的比例為何？ (A) 1　　 (B) 1/2 (C) 1/4　　(D) 1/8 南一

含A、B、X三元素的某化合物之結構如右圖，則此化合物之化學式為下列哪一個？ (A) ABX (B) AB2X4 (C) AB2X2 (D) ABX3 (E) ABX4 南一

氟化氙晶體的單位晶格如右下圖，試由圖中判定其化學式。 答： Xe：體心及8個角， 故共有1 ＋1/8 × 8 ＝ 2個。 F：單元體內有2個（在體心的上方和下方），邊有8個， 故共有2 ＋1/4 × 8 ＝ 4個。 ∴ 其化學式為XeF2 南一

在氯化鈉結晶格子中，每一個氯離子周圍，有六個最靠近的鈉離子；而每一個鈉離子周圍，有六個最靠近的氯離子。試問每一個氯離子周圍，最靠近的氯離子有幾個？ (A) 6　　 (B) 8 (C) 10　 (D) 12 南一

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