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微粒间作用力与物质性质

离子键 离子晶体

讲解离子键的概念和特点、晶格能的定义和影响因素,以及离子晶体的物理性质如熔沸点、硬度、导电性和溶解性。

离子键

  1. 概念:带相反电荷离子之间的相互作用称为离子键(ionic bond)。其成键粒子为阴阳离子,相互作用为 静电作用(引力和斥力),成键过程为:阴阳离子接近到某一定距离时, 吸引和排斥达到平衡
  2. 离子键没有 方向性饱和性,因此,以离子键结合的微粒倾向于形成紧密堆积,使每个离子周围尽可能多地排列带异性电荷的离子,从而达到稳定结构

晶格能

  1. 概念:离子晶体中阴、阳离子间相互作用力的大小可用晶格能(lattice energy)来衡量。晶格能(符号为 )是指拆开 离子晶体使之形成气态阴离子和气态阳离子时所吸收的能量。例如
  2. 影响因素
    1. 离子的电荷数:离子所带的电荷数越多,晶格能越大
    2. 离子半径:离子半径越小,晶格能越大
  3. 与离子晶体性质的关系 晶格能越大,形成的离子晶体更稳定,熔点更高,硬度更大

离子晶体

  1. 概念:由 阳离子阴离子 相互作用而形成的晶体
  2. 相互作用力:阴、阳离子间以离子键结合,离子晶体中还可能存在共价键、氢键等
  3. 常见的离子晶体:强碱、活泼金属的氧化物和过氧化物、大部分的盐

离子晶体相关概念理解时的注意点

  1. 离子晶体中无分子。如 只表示晶体中阴、阳离子的个数比,为化学式,不是分子式
  2. 由金属元素和非金属元素形成的晶体不一定是离子晶体,如 ,是分子晶体;全由非金属元素形成的晶体也可能是离子晶体,如 ,等铵盐的晶体为离子晶体
  3. 离子晶体中一定存在离子键,除离子键外可能有其他类型的化学键。如 晶体中除有钠离子与氢氧根离子间的离子键外,还有氢氧根离子内氢原子和氧原子间形成的极性共价键
  4. 离子晶体中,每一个离子周围排列的带相反电荷的离子数目都是固定的,不是任意的
  5. 对于超导材料,一般暗示为离子晶体

物理性质

  1. 熔沸点 离子晶体具有 较高的熔、沸点,难挥发。离子晶体中,阴、阳离子间有强烈的相互作用(离子键),要克服离子间的相互作用力使物质熔化或沸腾,就需要较多的能量。因此,离子晶体具有熔、沸点较高和难挥发的性质 > > 注意:> 1. 离子晶体的熔、沸点和硬度与离子键的强弱有关,离子键越强,离子晶体的 熔、沸点越高硬度越大 > 2. 离子键的强弱与离子半径和离子所带电荷数有关,离子半径越小,离子所带的 电荷数越多离子键越强 >
  2. 硬度离子晶体硬而脆。离子晶体中,阴、阳离子间存在较强的离子键,使晶体表现出较大的便度,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. 导电性离子晶体固态时不导电,熔融状态或溶于水后能导电。离子晶体中离子键较强,离子不能自由移动,即晶体中无自由移动的离子,因此固态时不导电。当温度升高时,阴、阳离子获得足够能量,克服了离子间的相互作用,成为自由移动的离子,在外界电场作用下,离子定向移动而导电 离子化合物溶于水时,阴、阳离子受到水分子作用变成了自由移动的离子(或水合离子),在外加电场作用下,阴、阳离子定向移动而导电
  4. 溶解性 大多数离子晶体易溶于极性溶剂(如水),难溶于非极性溶剂(如汽油、煤油)。当把离子晶体放在水中时,极性水分子对离子晶体中的离子产生吸引作用,使晶体中的阴、阳离子克服了离子间的相互作用而发生电离,变成在水中自由移动的离子

常见离子晶体的结构

  1. 晶胞 晶胞如图所示,每个 周围距离最近的 个,构成正八面体。每个 周围距离最近的 个,构成正八面体,由此可推知晶体的化学式为
    1. 每个 周围距离相等且最近的
    2. 每个晶胞中实际拥有的 数是 个, 数是
    3. 若晶胞参数为 ,则氯化钠晶体的密度为
  2. 晶胞 晶胞如图所示,每个 周围距离最近的 个,每个 周围距离最近的 个,它们均构成正六面体,由此可推知晶体的化学式为
    1. 每个 周围距离最近的 个,构成 正八面体
    2. 每个晶胞中实际拥有的 个,
    3. 若晶胞参数为 ,则氯化铯晶体的密度为
  3. 晶胞
    1. 的堆积方式为面心立方堆积, 所处位置为 个小正方体的体心
    2. 呈立方密堆积,阴离子 填充在四面体空隙中,位于对角线的 处。 离子的配位数分别为
    3. 在一个晶胞中有
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