1.离子极化对键型的影响
当阳离子和阴离子相互结合形成离子晶体时,如果相互间无极化作用,则形成的化学键应是纯粹的离子键。但实际上阴、阳离子之间将发生程度不同的相互极化作用,这种相互极化作用将导致电子云发生变形,即阴离子的电子云向阳离子方向移动,同时阳离子的电子云向阴离子方向移动,也就是说,阴、阳离子的电子云发生了重叠。相互极化作用越强,电子云重叠的程度也越大,则键的极性将减弱。从而使化学键从离子键过渡到共价键,如图2-30所示。
由于离子极化使键型发生转变,因此对化合物的性质也产生了很大的影响。
图2-30 离子极化对键型的影响
2.离子极化对化合物的熔点、沸点的影响
离子化合物有较高的熔、沸点,而共价化合物的熔、沸点则较低。例如,NaCl与AlCl3相比,NaCl是典型的离子晶体,熔点、沸点都较高,而AlCl3却表现出典型的共价化合物的特征:熔、沸点较低,易升华,导电性能差等。这是因为Na+和Al3+虽均为8电子层构型,但Al3+电荷高于Na+,极化能力强于Na+,使AlCl3的键具有共价键的性质;再如氯化铍和氯化镁,虽然都是二价阳离子,但Be2+的半径较小,因此Be2+的极化能力较强,使Cl—发生比较显著的变形,故氯化铍的熔点低,为683K,而氯化镁的熔点是983K。
3.离子极化对无机化合物溶解度的影响
离子化合物在水溶液中,其中任何一种离子都同时受到水分子和带相反电荷粒子的吸引(极化作用),使阴、阳离子很容易互相分离。离子型化合物极化能力弱,易受水分子的吸引,一般易溶于水;而离子极化作用较强,离子的电子云相互重叠,阴、阳离子相互靠近,使键的极性减小的共价型化合物则难溶于水。例如,AgF、AgCl、AgBr、AgI随着由离子键向共价键键型的过渡,其溶解度依次降低。又如,外层含有d电子的离子,它们可以被变形性大的阴离子所极化而产生相互极化作用,所以这些离子的硫化物都是不溶于水的,含有d电子数越多越容易被极化,其硫化物溶解度越小。
4.离子极化对无机化合物颜色的影响
当离子的外层电子受到可见光(波长400~600nm)的激发从基态跃迁到激发态时,吸收了一定波长的可见光,其余波长的光被反射(固体)或透过(液体),这样就呈现出颜色。基态与激发态的能量差越小,呈现的颜色越深。离子极化作用的结果使离子的外层电子能级改变,基态和激发态的能量差变小,在吸收部分可见光后而使化合物的颜色变深。例如,K2CrO4溶液呈黄色,而Ag2CrO4的溶液呈砖红色,就是因为Ag+的极化作用强的结果;再如,S2—变形性比O2—大,因此硫化物颜色比氧化物深。而且副族离子的硫化物一般都有颜色,而主族金属硫化物一般都无颜色,这是因为主族金属离子的极化作用都比较弱。
5.离子极化对化合物稳定性的影响
随着离子极化作用的加强,阴离子的电子云变形,强烈地向阳离子靠近,有可能使阳离子的价电子失而复得,又恢复成原子或单质,导致该化合物分解。例如,AgF、AgCl、AgBr、AgI的热稳定性依次降低。又如,碳酸或碳酸盐的热分解反应可视为:
随着M2+与CO23—间的相互极化作用增强,CO23—中的O2—更偏向M2+,可能造成M2+与O2—结合形成MO,从而分解出CO2。因此M2+与CO23—极化作用越强,相应的碳酸盐分解温度越低。一些常见的碳酸盐的分解温度见表2-13所示。
表2-13 某些碳酸盐分解温度
离子极化学说在无机化学中有多方面的应用,它是离子键理论的重要补充。但是在应用这个观点时,要注意它的局限性,毕竟在无机化合物中,离子型的化合物只是其中的一部分。
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