【大学化学精品课件】第八章分子结构和晶体结构

第一节 离子键和离子晶体
一、离子键
二、离子晶体 三、离子晶体的晶格能 四、离子极化
一、离子键
（一）离子键的形成
当电负性较小的活泼金属元素的原子与电负性 较大的活泼非金属元素的原子相互接近时，阳离子 与阴离子之间除了静电相互吸引外，还存在电子与 电子、原子核与原子核之间的相互排斥作用。当阳 离子与阴离子接近到一定距离时，吸引作用和排斥 作用达到了平衡，系统的能量降到最低，阳离子与 阴离子之间就形成了稳定的化学键。这种阳离子与 阴离子间通过静电作用所形成的化学键称为离子键。
形成离子键的必要条件是相互化合的元素原子 间的电负性差足够大。一般说来，当非金属元素与 金属元素的电负性差大于 1.7 时，它们主要形成离 子键。
（三）离子的特征
离子的电荷数、离子的电子组态和离子半径 是离子的三个重要特征。
1. 离子的电荷数 从离子键的形成过程可知，阳离子的电荷数 就是相应原子失去的电子数；阴离子的电荷数就 是相应原子得到的电子数。阴离子和阳离子的电 荷数主要取决于相应原子的电子层组态、电离能 和电子亲和能等。
如：Fe3+,Cr3+
3. 离子半径
离子半径是根据离子晶体中阴离子与阳离子的 核间距测出的，并假定阴离子与阳离子的平衡核间 距等于阴离子与阳离子的半径之和。
离子半径具有如下规律：
（1）同一元素的阴离子半径大于原子半径，而 阳离子半径小于原子半径，阳离子的电荷数越大， 它的离子半径越小。
（2）同一周期中电子层结构相同的阳离子的半 径，随离子的电荷数的增大而减小；而阴离子的半 径随离子的电荷数的绝对值增大而增大。
离子键
原子
共价键
分子
分子间力，氢 键
原子和阳 离子
金属键
熔点、沸点高，硬度大， 较脆，熔融或溶于水能导 电 熔点高、硬度大，导电性 差
熔点、沸点低，硬度小
熔点、沸点有高有低，硬 度有大有小，有可塑性及 金属光泽，导电性好
晶格中能表达晶体结构一切特征的最小结构单 元称为晶胞。晶体就是由无数个相互紧密排列的晶 胞所组成。
（2）NaCl 型晶体：NaCl 型晶体是 AB 型晶体
中最常见的晶体构型，它的晶胞也是正立方体，每 个晶胞中有 4 个 Na+ 和 4 个 Cl-。在 NaCl 晶体中， 每个 Na+ 被 6 个 Cl－ 所包围，同时每个 Cl－ 也被 6 个 Na+ 所包围，Na+ 与 ClБайду номын сангаас 的个数比为 1:1。
（一）晶格和晶胞
按一定规律组成的几何构型称为晶格。 晶格上微观粒子所处的位置称为晶格结点。 晶体: 离子晶体、 原子晶体、 分子晶体 金属晶体。
表 8-2 离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体的结构和特性
晶体类型 结点微粒 微粒间作用力
晶体特性
离子晶体 原子晶体 分子晶体 金属晶体
阳、阴 离子
（二）离子键的特征
离子键的特征是没有方向性和没有饱和性。
由于离子的电荷分布是球形对称的，它在空间 各个方向与带相反电荷的离子的静电作用都是相同 的，阴离子与阳离子可以从各个方向相互接近形成 离子键，所以离子键没有方向性。
在形成离子键时，只要空间条件允许，每一个 离子可以吸引尽可能多的带相反电荷的离子，并不 受离子的电荷数的限制，因此离子键没有饱和性。
2. 离子的电子组态
（1）2 电子组态：离子只有 2 个电子，外层电 子组态为 1s2。 如:Li+,Be2+
（2）8 电子组态：离子的最外电子层有 8 个电 子，外层电子组态为 ns2np6。 如:Na+,Ca2+,F-
（3）18 电子组态：离子的最外电子层有 18 个 电子，外层电子组态为 ns2np6nd10 。如：Ag+,Zn2+
离子晶体的硬度虽然较大，但比较脆，延展 性较差。离子晶体不导电。
图 8-2 离子晶体的错动
（三）离子晶体的类型
（l）CsCl 型晶体： CsCl 型晶体的晶胞是正立方 体，l 个 Cs+ 处于立方体中心，8 个 Cl－ 位于立方体 的 8 个顶点处，每个晶胞中有 1 个 Cs+ 和 1 个 Cl-。 CsCl 晶体就是 CsCl 晶胞沿着立方体的面心依次紧密 堆积而成。在 CsCl 晶体中，每个 Cs+ 被 8 个 Cl－ 包 围，同时每个 Cl－ 也被 8 个 Cs+ 包围，Cs+ 与 Cl－ 的 个数比为 1:1 。
（4）18＋2 电子组态：离子的次外电子层有 18 个电子，最外电子层有 2 个电子，外层电子组态为 (n－1)s2(n－1)p6(n－1)d10ns2。如：Sn2+,Pb2+,Bi3+
（ 5 ） 9~17 电 子 组 态 ： 离 子 的 最 外 电 子 层 有 9~17 个电子，外层电子组态为 ns2np6nd1~9。
（3）同一族的主族元素的电荷数相同的离子的 半径，随离子的电子层数增加而增大。
二、离子晶体
固体可分为晶体和非晶体两大类。晶体与非晶体 的主要区别是：
（1）晶体一般具有整齐规则的几何外形，而非晶 体（如玻璃、沥青、石蜡等）没有固定的几何外形。
（2）晶体具有固定的熔点，而非晶体没有固定的 熔点。
（3）晶体具有各向异性，它的某些物理性质在不 同方向上是不同的 ( 如石墨在与层垂直方向上的电导 率为与层平行方向上的 1/104 )，而非晶体的物理性质 在不同方向上都相同。
（a）CsCl 型晶体
（b）NaCl 型晶体
（c）ZnS 型晶体
图 8-1 CsCl 型晶体、NaCl 型晶体和 ZnS 型晶体的晶胞
（二）离子晶体的特征
离子晶体一般具有较高的熔点、沸点和较大 的硬度。
离子晶体的硬度虽然较大，但比较脆，延展 性较差。离子晶体不导电。
（二）离子晶体的特征
离子晶体一般具有较高的熔点、沸点和较大 的硬度。
第八章 分子结构和晶体结构
第一节 第二节 第三节
离子键和离子晶体 共价键和分子结构 分子间作用力、氢键和分子晶体
在分子或晶体中，直接相邻的原子或离子之 间存在强烈相互作用。化学上把分子或晶体中直 接相邻的原子或离子之间的强烈相互作用称为化 学键。
化学键的类型有离子键、共价键和金属键。
晶体的种类繁多，但若按晶格内部微粒间的 作用力来划分，可分为离子晶体、原子晶体、分 子晶体和金属晶体四种基本类型。