鲍林规则.离子晶体结构

1、鲍林规则；典型的离子晶体结构鲍林规则；典型的离子晶体结构1.1.离子晶体离子晶体(ionic crystal)(ionic crystal) ：由正、负离子通过离子键或离子键和共价键的：由正、负离子通过离子键或离子键和共价键的混合建按一定方式堆积起来而形成的晶体。混合建按一定方式堆积起来而形成的晶体。2.2.离子半径离子半径(ionic radius)(ionic radius) ：每个离子周围存在着一个一定大小的球形力的作：每个离子周围存在着一个一定大小的球形力的作用圈，其它离子不能进入这个作用圈，这种作用圈的半径。用圈，其它离子不能进入这个作用圈，这种作用圈的半径。3.3.离子晶体配位数离

2、子晶体配位数CN(coordination number) CN(coordination number) ：最邻近且等距的异号离子数。：最邻近且等距的异号离子数。取决于正负离子的半径比取决于正负离子的半径比r r+ +/r/r- -，常见的是，常见的是4 4、6 6、8 8。4.4.负离子配位多面体：负离子配位多面体：离子晶体中离子晶体中正离子周围配位负离子中心连线构成的多面正离子周围配位负离子中心连线构成的多面体称负离子体称负离子配位多面体。配位多面体。6.6.离子堆积离子堆积：离子晶体通常由负离子堆积成骨架，正离子按其自身大小居于相：离子晶体通常由负离子堆积成骨架，正离子按其自身大小居于

3、相应负离子空隙（负离子配位多面体）应负离子空隙（负离子配位多面体）7 7、四面体空隙四面体空隙：由四个球体围成的空隙：由四个球体围成的空隙, ,球体中心线围成四面体形球体中心线围成四面体形8 8、八面体空隙八面体空隙：由六个球体围成的空隙：由六个球体围成的空隙, ,球体中心线围成八面体形。球体中心线围成八面体形。1负离子配位多面体规则（鲍林第一规则）负离子配位多面体规则（鲍林第一规则）在离子晶体结构中，每个正离子周围都形成一个负离在离子晶体结构中，每个正离子周围都形成一个负离子配位多面体；正负离子间的平衡距离取决于正负离子配位多面体；正负离子间的平衡距离取决于正负离子的半径之和，正离子配位数取

4、决于正负离子半径之子的半径之和，正离子配位数取决于正负离子半径之比。比。2电价规则（鲍林第二规则） 其中Si为第i种正离子静电键强度，Z+为正离子的电荷，n为其配位数。 静电键强度实际是离子键强度，也是晶体结构稳定性的标志。3负离子多面体共用顶点、棱和面规则（鲍林第三规则） 在一配位结构中，配位多面体共用棱，特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性，特别是对高电价低配位的正离子，这个效应更显著。1.000.580.331.000.710.58l4不同种类正离子配位多面体间连接规则（鲍林第四规则） 在含有一种以上正离子的晶体中，电价大，配位数小的那些正离子之间，有尽量互不结合的趋势（特别倾向于

5、共顶相连）。 如硅酸盐晶体M2S，存在MgO6八面体，SiO4四面体，Si4+-Si4+斥力Mg2+- Mg2+SiO4孤立存在，SiO4与 MgO6共顶，共棱相连，结构才稳定。 l5节约规则（鲍林第五规则） 在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度地趋于一致。小 结第一规则：由r+/r-正离子的配位数（四面体，八面体）第二规则：由电中性配位多面体间连接方式（几个多面体相连）第三规则：配位多面体间怎样连接最稳定。第四规则：有几种正离子时，电价大，配位数小的正离子配位多面体，尽量互不连结第五规则：配位多面体类型趋于最少。 适用范围：适用范围：适用于结构简单的离子晶体，也适用于结构

6、复杂适用于结构简单的离子晶体，也适用于结构复杂的离子晶体及硅酸盐晶体。的离子晶体及硅酸盐晶体。一、AB型化合物结构1、CsCl晶体结构 典型离子晶体结构 第三规则第三规则 8 8个个CsClCsCl8 8 共棱，共面相连，实际共棱，共面相连，实际CsClCsCl8 8 共面共面相连相连 2) 2)结构特点：结构特点： 可见：可见：CsClCsCl晶体结构是晶体结构是ClCl- -作简单立方堆积，作简单立方堆积，CsCs+ +充充填在全部立方体间隙中，填在全部立方体间隙中，CsClCsCl属立方晶系，简单立属立方晶系，简单立方点阵，方点阵，Pm3mPm3m空间群，晶格常数空间群，晶格常数a a0

7、 0=0.411nm=0.411nm，两套，两套格子穿插而成，相差格子穿插而成，相差1/21/2单位单位每个晶胞中含有一个每个晶胞中含有一个CsClCsCl分子。分子。 (3) (3)属于属于CsClCsCl结构结构:CsBr:CsBr，CsICsI第三规则：八面体可共棱，共面连接，实际共棱第三规则：八面体可共棱，共面连接，实际共棱相连相连、NaClNaCl型结构型结构+-l2) 2) 结构特点：结构特点： ClCl- -作立方密堆，作立方密堆，NaNa+ +占据所有八面体空隙，立方晶系，占据所有八面体空隙，立方晶系，面心立方点阵，面心立方点阵，Fm3mFm3m空间群，两套面心立方点阵穿插空间

8、群，两套面心立方点阵穿插构成，每个晶胞含有构成，每个晶胞含有4 4个个NaClNaCl分子。分子。l3)3) 属于属于NaClNaCl结构结构 二价金属氧化物二价金属氧化物MgOMgO、CaOCaO、SrOSrO、BaOBaO、CdOCdO、MnOMnO、FeOFeO、CoOCoO、NiONiO，还有氮化物，碳化物等，氧化物中，还有氮化物，碳化物等，氧化物中，O O2-2-离子相当离子相当ClCl- -，占据，占据ClCl- -位置。位置。二、AB2型化合物结构 (2 (2）结构特点）结构特点 立方晶系立方晶系, ,面心立方点阵，把面心立方点阵，把CaCa2+2+作立方堆积，作立方堆积，F F

9、- -占据全部四面体空隙，若占据全部四面体空隙，若F F- -作立方堆积，作立方堆积，CaCa2+2+只占只占据一半的立方体空隙。据一半的立方体空隙。 从空间格子观点看，一套从空间格子观点看，一套CaCa2+2+面心立方格子与两面心立方格子与两套套F F- -面心立方格子穿插而成。面心立方格子穿插而成。晶胞内有晶胞内有4 4个个CaFCaF2 2分子。分子。 (3 (3）反萤石型结构）反萤石型结构l一些碱金属氧化物一些碱金属氧化物LiLi2 2O O、NaNa2 2O O、K K2 2O O结构中的正、负离子分布刚结构中的正、负离子分布刚好与好与CaFCaF2 2相反，阳离子占据相反，阳离子占

10、据F F- -位置，位置，O O2-2-占据占据CaCa2+2+位置。位置。l(4)(4)属于属于CaFCaF2 2型结构有型结构有UOUO2 2、ThOThO2 2等，等，c-ZrOc-ZrO2 2可认为是扭曲了的可认为是扭曲了的CaFCaF2 2型结构。型结构。l（5 5）萤石用途）萤石用途钢铁工业，每熔炼一吨铁，需萤石钢铁工业，每熔炼一吨铁，需萤石6 69 9公斤，每生产一吨钢，公斤，每生产一吨钢，需萤石需萤石2 29 9公斤公斤, , 萤石的主要作用是与其它的造渣材料，生成萤石的主要作用是与其它的造渣材料，生成低熔点物质，即降低渣的熔点，提高渣的流动性低熔点物质，即降低渣的熔点，提高渣

11、的流动性, ,促进钢渣界面促进钢渣界面反应，脱反应，脱S/P S/P 。2、金红石（TiO2）型结构 （2 2）结构特点：结构特点：四方晶系，简单四方点阵，四方晶系，简单四方点阵，a=b=0.458nma=b=0.458nm，c=0.295nmc=0.295nm。O O2-2-近似成六方最紧密堆积，近似成六方最紧密堆积，TiTi4+4+填充半数的八面体空填充半数的八面体空隙中，从空间格子观点看，则是四套隙中，从空间格子观点看，则是四套O O，两套，两套TiTi的四方原的四方原始格子互相穿插而成。始格子互相穿插而成。晶胞内有晶胞内有2 2个分子个分子TiOTiO2 2。（3 3）属于）属于TiO

12、TiO2 2型结构有：型结构有：GeOGeO2 2、SnOSnO2 2、PbOPbO2 2、MnOMnO2 2、CoOCoO2 2、MnFMnF2 2、FeFFeF2 2、MgFMgF2 2等。等。4+2-（4 4）性质及应用：）性质及应用：lTiOTiO2 2具有较大的折射率具有较大的折射率( (n=2.76),n=2.76), 制备高折射玻璃制备高折射玻璃的原料。的原料。lTiOTiO2 2具有较大的介电常数，电容器瓷料。具有较大的介电常数，电容器瓷料。l涂料（白色），涂料（白色），它使涂料具有鲜艳的白度、亮度和它使涂料具有鲜艳的白度、亮度和遮盖力。遮盖力。TiOTiO2 2有三种变体：金红石、锐钛矿和板钛矿。有三种变体：金红石、锐钛矿和板钛矿。l分析方法：