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离子晶体(阅读)

时间:2023-02-18 百科知识 版权反馈
【摘要】:离子型化合物主要是以晶体状态出现,。在离子晶体中,组成晶体的阴、阳离子在空间呈现有规则的排列,而且隔一定距离重复出现,有明显的周期性,这种排列情况在结晶学上称为结晶格子,简称为晶格,晶格上的点称为结点。离子晶体的硬度较大,但比较脆,延展性较差。这是由于在离子晶体中,阴、阳离子交替地规则排列,当晶体受到冲击力时,各层离子位置发生错动,使吸引力大大减弱而易破碎。

离子型化合物主要是以晶体状态出现,【由阳离子与阴离子通过离子键结合而成的晶体称为离子晶体】。

在离子晶体中,组成晶体的阴、阳离子在空间呈现有规则的排列,而且隔一定距离重复出现,有明显的周期性,这种排列情况在结晶学上称为结晶格子,简称为晶格(lattice),晶格上的点称为结点。为了研究晶格的特征,在晶体中切割出一个能代表晶格一切特征的最小部分,例如一个平行六面体,此最小部分称为晶胞。【晶胞是晶体中最小的重复单位】。根据晶胞的特征,可以划分成七个晶系(见表2-2)、

十四种晶格(如图2-1所示)。

图2-1 十四种晶格

表2-2 七种晶系

1.离子晶体的特性

在离子晶体中,结点间的作用力是静电吸引力,即阴、阳离子是通过离子键结合在一起的,由于阴、阳离子间的静电作用力较强,所以离子晶体一般具有较高的熔点、沸点和硬度。

离子的电荷越高,半径越小,静电作用力越强,熔点也就越高。

离子晶体的硬度较大,但比较脆,延展性较差。这是由于在离子晶体中,阴、阳离子交替地规则排列,当晶体受到冲击力时,各层离子位置发生错动,使吸引力大大减弱而易破碎。

离子晶体不论在熔融状态或在水溶液中都具有优良的导电性,但在固体状态,由于离子被限制在晶格的一定位置上振动,因此几乎不导电。

在离子晶体中,每个离子都被若干个异电荷离子所包围着,因此在离子晶体中不存在单个分子,可以认为整个晶体就是一个巨型分子。

2.离子晶体的类型

离子晶体中,阴、阳离子在空间的排布情况不同,离子晶体的空间结构也不同。对于简单的AB型离子化合物来说,主要有以下三种典型的晶体结构类型,见图2-2所示:

图2-2 NaCl、CsCl、ZnS晶体示意图

(1)CsCl型晶体 晶胞形状是正立方体(属简单立方晶格),晶胞的大小完全由一个边长来确定,组成晶体的质点(离子)被分布在正立方体的八个顶点和中心上,每个离子的配位数为8。

(2)NaCl型晶体 它是AB型离子化合物中最常见的晶体构型。它的晶胞形状也是立方体(属立方面心晶格),阴、阳离子的配位数都为6。

(3)立方ZnS型(闪锌矿型) 它的晶胞形状也是立方体(属立方面心晶格),但质点的分布更复杂些。阴、阳离子的配位数都为4。

3.晶格能

【晶格能(crystal energy)是指:在标准状态下,使一摩尔的离子晶体变为气态阳离子和气态阴离子时所吸收的能量】。以符号u表示。如NaBr的晶格能u=740kJ·mol—1,CaO的晶格能u=3513kJ·mol—1

根据能量守恒定律,晶格能可由下式求出

式中,S为升华能;D为离解能;I为电离势;E为电子亲合势;ΔfH为物质的生成热。

晶格能越大,则破坏离子晶体时所需消耗的能量越多,离子晶体越稳定。晶格能大的晶体一般有较高的熔点和较大的硬度。如表2-3和表2-4所示。

表2-3 晶格能和离子晶体的熔点

表2-4 晶格能和离子晶体的硬度

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