四种晶体类型

2.
离子的电子构型
处于基态离子的价电子构型，称为离子的电 子构型。 阴离子的电子构型：一般是8e－ 离子的电子构型 阳离子的电子构型 2e－ 8e－ 18e－ (9~17)e－
(18+2)e－
(1) 2e－构型：基态离子价电子层只有2个电子。 例如：Li+ 、Be2+ 、B3+ 等，第二 周期阳离子。
(2) 8e－构型：基态离子价电子层有8个电子。 例如：Na+、Mg2+、Al3+等。
基态离子价电子层为18个电子。 (3) 18e－构型： 例如：Ag+、Hg2+、Ga3+、Pb4+等。 (4) (9~17)e－构型：
基 态 离 子 价 电 子 层 为 9~17 个 电 子 。 例 如 ： Mn2+(13e-) 、 Fe2+ (14e-) 、 Ni2+ (16e-) 、 Co2+ (15e-)、 Ti3+ (9e-)、V2+ (11e-) 等。
d ) 阳离子半径小于它的原子半径；阴离子半径大 于它的原子半径。
如： Na + (97pm) < Na (157pm) ； Cl (99pm) < Cl － (181pm) 。
e ) 负离子半径一般较大；正离子半径一般较小 。
第二周期
第四周期
F－ 136 pm ；
Br－ 195 pm ；
Li + 60 pm 。
离子晶体的熔、沸点较高，并且正、负离 子电荷越高，两核间距越小，静电作用越强，离 子键越强，则晶体的熔、沸点越高。
例如：
NaCl MgO m. p. 801 C° 2800 C° b. p. 1413 C° 3600 C° 熔点： MgO ＞ CaO ＞ NaCl ＞ KCl
3.
导电性
离子晶体的水溶液或熔融态导电，是通过 离子的定向迁移完成的，而不是通过电子流动 导电 。因为结点上是正、负离子，只能在结点 附近有规则的振动，不能自由移动。 4. 硬度高 延展性差 因离子键强度大，所以硬度高 。但受到外
学方法测得了F－ 和 O 2－ 的半径，分别为 133 pm
和 132 pm。 结合 X 射线衍射所得的 d 值，得到
一系列离子半径。
rMg 2= d r MgO－ O 2
= 210 －132 = 78 ( pm )
这种半径为哥尔智密特半径 。 1927 年，Pauling 把最外层电子到核的距离， 定义为离子半径。并利用有效核电荷等数据，求
出一套离子半径数值，被称为 Pauling 半径 。
一般教材上两套数据均列出。但在比较半径
大小和讨论变化规律时，多采用 Pauling 半径 。 (2) 离子半径的变化规律
a ) 同主族从上到下，电子层增加，核对外层电 子的引力减小,具有相同电荷数的离子半径增加。 Li + < Na + < K + < Rb + < Cs + b) F－ < Cl－ < Br－ < I－ 同周期的主族元素，从左至右阳离子半径随
1.
离子电荷
离子电荷是指简单离子的核电荷与它的核外 电子的代数和。可正、可负。如：Na ＋ 、Mg2＋ 、 Al3＋、Cl－、S2－等。 带正电荷的离子——称为阳离子（或正离子）； 带负电荷的离子——称为阴离子（或负离子）； 带有相同电荷的离子，如： Na＋、 Ag＋，虽 然离子的形式电荷相同，但是，在它们周围呈现 的正电场强度不同。 原因：电子构型不同，致使有效核电荷不同。
力冲击时，易发生错位，导致破碎 。
F
+ － + － + － + － － + － + － + － + 错位 + － + － + － + － － + － + － + － +
受力时发生错位，使正正离子相切，负负离 子相切，彼此排斥，离子键失去作用，故离子 晶体无延展性 。如 CaCO3 可 用于雕刻，而不 可用于锻造，即不具有延展性 。
4.2.2 离子
简单离子：单个原子形成的离子。如 ： Cl－、F－、Na＋、S2－…… 它们可以看成是带电的球体， 离子 其特征有离子电荷、离子半径 、离子的电子构型。 复杂离子：多个原子通过共价键形成的离 子。如 ：NO3－、CO32－、 NH4＋、SO42－ 、ClO3－…… 其特征有离子电荷、离子半径 、离子的空间构型及极性取向。
考察 Na+ 和 Cl － 彼此接近的过程中，势能 V 的变化。 图中可见： r > r0 ，当 r 减小时，正负离
子靠静电相互吸引，势能 V 减小，体系趋于稳定。
r = r0 ，V 有极小值，此时
V
体系最稳定，表明形成离子键。
r < r0 ，当 r 减小时，V 急剧
0
上升。因为 Na+ 和 Cl－ 彼此再 Vr0 接近时，电子云之间的斥力急剧 增加，导致势能骤然上升。
(5) (18+2)e－构型： 基态离子价电子层最外层有2个电子，次 外层有18个电子。例如： Ti+、 Sn2+、Pb2+、 Bi3+、Sb3+等。
如果离子的电荷相同，半径相近，离子的电 子构型不同，有效正电荷的强弱不同，往往是： 8 e－ ＜ ( 9~17 ) e－ ＜ 18 e－ 或 ( 18+2 ) e－ 可见：含d电子数越多，离子的有效正电 荷越大。因为d电子在核外空间的概率分布比 较松散，对核电荷的屏蔽作用小，所以有效核 电荷数增大。例如：Na+与Ag+。
本章重点内容提要：
一、理解并掌握晶体学基本概念。 二、掌握离子键的本质和基本特征。 三、掌握晶格能的概念及有关计算。
四、掌握四种晶体类型的特征，特别是质点 间相互作用力的状况。 五、掌握晶体的类型与物质性质的关系。
六、掌握各种类型晶体的空间结构模型。 七、掌握离子极化的概念及其作用。
第四章 晶体结构
3. (1) 离子半径概念
离子半径
r+ r 正负离子的核间距 d 是 r + 和 r－ 之和 。
d
d 值可由晶体的 X 射线衍射实验测定得到， 例如： MgO d = 210 pm 。
d rMg2 rO2 210 pm
1926 年，哥尔智密特 ( Goldschmidt ) 用光
温度
温度
时间
晶体的升温曲线
时间
非晶体的升温曲线
各向异性：晶体在不同方向上的物理性能，如： 导电性、导热性等，在晶体的各个面
上不同，这一性质叫各向异性。
具有整齐规则的几何外形的晶体，可以看作 一个多面体。 构成多面体的每一个面，叫晶面； 各个晶面间的夹角，叫晶角。
无论晶体大还是小，相应的晶面夹角总是一 定的，这就是面角守恒定律。 (1)具有整齐规则的几何外形
（2）晶胞 晶格中，含有晶体结构中具有代表性的最小 重复单位叫晶胞。 晶胞在各个方向的无限重复就是晶体。 所以，晶体的性质与晶胞的大小、晶胞的形 状和晶胞中质点的种类（分子、原子或离子）以 及质点间的作用力有关。
因为晶胞决定晶格，晶格又是晶体的抽象 化表示法，所以，晶胞的性质决定晶体的性质； 晶格类型与晶胞的大小、形状有关。
晶胞形状是正立方体， 结点共有14个，其中8个在 晶胞立方体的角顶，6个在 晶胞立方体6个面的中心。
4.1.4 晶体类型
根据晶格结点上的粒子的种类不同，晶体可 以分成四种类型： （1）离子晶体：晶格结点上交替排列的是正、 负离子。 （2）原子晶体： 晶格结点上排列的是中性原子。 （3）分子晶体： 晶格结点上排列的是中性分子。
（4）金属晶体： 晶格结点上排列的是金属原子 或金属离子
§4.2 离子晶体
4.2.1 离子晶体的特征
4.2.2 离子
4.2.3 离子键 4.2.4 晶格能
4.2.5 离子键的本质和特征
4.2.6 单键的离子性百分数
4.2.7 离子晶体的空间结构
4.2.1 离子晶体的特征
1. 结点粒子和作用力
离子晶体的晶格结点上交替排列的是正、 负离子，所以质点间的作用力是很强的离子键力 （静电作用力）。 2. 熔、沸点较高
§4.1 晶体的特征 §4.2 离子晶体
§4.3 金属晶体ห้องสมุดไป่ตู้
§4.4 原子晶体 §4.5 分子晶体
§4.6 离子极化
§4.1 晶体的特征 4.1.1 晶体的特征
4.1.2 晶格和晶胞 4.1.3 晶格类型
4.1.4 晶体类型
4.1.1 晶体的特征
晶体 固体
非晶体——无定型物质 两者有何区别？
晶体 （1） 具有整齐规则的几何外形 （2） 在一定压力下具有固定 的熔点 （3） 具有各向异性 无定型物质 外形不规则 没有固定熔点 各向同性
K+ 133 pm 。
虽然差了两个周期 ， F－ 仍比 K+ 的半径大 。 f ) 周期表中对角线上，左上的元素和右下的元 如： Li + 和 Mg 2 + ； Sc 3 + 和 Zr 4 +
素的离子半径相近 。
4.2.3 离子键
1. 离子键的形成
(1) 形成过程
以 NaCl 为例 。 第一步 电子转移形成离子： Na － e —— Na+ ， Cl + e —— Cl －
r0
r
因此，离子相互吸引，保持一定距离时，体 系最稳定。这就意味着形成了离子键。 r0 和键 长有关，而 Vr 和键能有关。
电荷数的升高，半径减小；阴离子随电荷的升高， 半径增大。
例如：
Na + > Mg 2 + > Al 3 + Cl － ＜ S2－