【物质结构与性质】晶体结构与性质:离子晶体|0基础学起
一系列笔记簿
2024年02月08日 12:56
收录于文集
共152篇

杰哥 | 3-2 离子晶体

1️⃣离子键与离子晶体

  1. 离子键及其影响因素

(1)概念:阴、阳离子之间通过静电作用形成的化学键。

(2)影响因素:离子所带电荷数越多,离子半径越小,离子键越强。

(3)离子键没有方向性和饱和性

2. 离子晶体及其物理性质

(1)概念:由阳离子和阴离子相互作用而形成的晶体。

(2)离子晶体的构成微粒是阴离子和阳离子

(3)离子晶体微粒间的作用力是离子键

2️⃣离子晶体的性质

  1. 熔、沸点较高,难挥发:离子晶体中,阴、阳离子之间通过离子键结合,一般离子键的强度较大,要使物质熔化或沸腾,就需要较多的能量。

  2. 硬度较大,难于压缩:离子晶体中有较强的离子键,所以硬度较大,当晶体受到冲击力作用时,部分离子键发生断裂,导致晶体破碎。

  3. 不导电,但是在熔融态或水溶液中可导电:离子晶体中的离子键较强,离子不能自由移动,即无自由移动的离子。离子晶体熔化可以形成自由移动的离子;或溶于水时,阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(实质上是水合离子),能够导电。

  4. 大多数离子晶体易溶于极性溶剂水,难溶于有机溶剂(如汽油、苯、CCl₄等),遵循“相似相溶”规律。

3️⃣离子液体

离子晶体的熔点,有的很高,如CaO的熔点为2613℃,有的较低,如NH₄NO₃、Ca(H₂PO₄)₂的熔点分别为170℃、109℃。

早在1914年就有人发现,引入有机基团可降低离子化合物的熔点,如C₂H₅NH₃NO₃的熔点只有12℃,比NH₄NO₃低了158℃!

到20世纪90年代,随着室温或稍高于室温时呈液态的离子化合物的优异性质不断被开发利用,才意识到它们的巨大价值,并将它们定义为离子液体。

形成离子液体的阴、阳离子半径较大,离子间的作用力较弱。

4️⃣常见离子晶体的结构

NaCl晶胞

  1. 每个晶胞中实际拥有的Na⁺数是4个,Cl⁻数是4个,由此可推知晶体的化学式为NaCl。

  2. 每个Na⁺周围距离最近的CI⁻有6个(上、下、左、右、前、后各1个),构成正八面体,

  3. 每个CI⁻周围距离最近的Na⁺有6个(上、下、左、右、前、后各1个),构成正八面体,

  4. 每个Na⁺(Cl⁻)周围距离相等且最近的Na⁺(Cl⁻)是12个。

  5. 若晶胞参数为a pm,则氯化钠晶体的密度为

CsCl晶胞

  1. 每个晶胞中实际拥有的Cs⁺有1个,Cl⁻有1个,由此可推知晶体的化学式为CsCl。

  2. 每个Cs⁺周围距离最近的CI⁻有8个,每个CI⁻周围距离最近的Cs⁺有8个,它们均构成正六面体,由此可推知晶体的化学式为CsCl。

  3. 每个Cs⁺(Cl⁻)周围距离最近的Cs⁺(Cl⁻)有6个,构成正八面体。

  4. 若晶胞参数为a pm,则氯化绝晶体的密度为

立方体ZnS晶胞

S²⁻成面心立方密堆积

Zn²⁺被S²⁻以四面体形式包围着

Zn²⁺距离最近的S²⁻数:4

S²⁻距离最近的Zn²⁺数:4

S²⁻与Zn²⁺最短距离:√3/4a nm

CaF₂晶胞

萤石(CaF₂)晶胞结构如图所示,晶胞边长为a cm。

(1)小黑球代表的离子:Ca²⁺

(2)阳离子配位数为8,阴离子配位数为4

(3)每个Ca²⁺周围最近且等距离的Ca²⁺有12个,每个F⁻周围最近且等距离的F⁻有6个。

(4)该晶胞中Ca²⁺和F⁻的最近距离为√3/4a cm