离子晶体空间结构

1、物质结构与性质专题3微粒间作用力与物质性质第二单元离子键离子晶体化学选修311 、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 第二步 靠静电作用， 形成化学键 。 相应的电子构型变化： 2s 2 2p 6 3s 1 2s 2 2p 6 ， 3s 2 3p 5 3s 2 3p 6 形成 Ne 和 Ar 的稀有气体原子的结构，形成稳定离子。离 子 键回顾:化学2 使带相反电荷的阴、阳离子结合的相互作用，称为离子键。 一 、离子键的形成22Na + Cl2 = 2NaCl +11+17+17+11Na+ Cl-NaClCl-Na+3 2 、

2、离子键的形成条件 1元素的电负性差比较大 X 1.7，发生电子转移，形成离子键； X 1.7 ，实际上是指离子键的成分大于 50 %。 2 易形成稳定离子 Na + 2s 2 2p 6，Cl 3s 2 3p 6 ，达到稀有气体式稳定结构。 Ag + 4d10 ， Zn 2 + 3d10 ， d 轨道全充满的稳定结构。 只转移少数的电子，就达到稳定结构。 而 C 和 Si 原子的电子结构为 s 2 p 2 ，要失去或得到 4 e，才能形成稳定离子，比较困难。所以一般不形成离子键。如53形成离子键时释放能量多 Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s ) H = 4

3、10.9 kJmol1 在形成离子键时，以放热的形式，释放较多的能量。 CCl 4 、SiF4 等，均为共价化合物 。离子键的特征离子键无方向性和饱和性 通常情况下，阴、阳离子可以看成是球形对称的。阴、阳离子的电荷分布也是球形对称的，它们在空间各个方向上的静电作用相同，所以在各个方向上都可以与带相反电荷的离子发生静电作用，且在静电作用能达到的范围内，只要空间允许，一个离子可以同时吸引多个带相反电荷的离子。（思考P35的交流与讨论）6特征：无方向性，无饱和性Na+Cl-Cl-Na+Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Na+Cl-Cl-Na+Cl-Na+Cl-Na+Cl-Cl-Na+Na+N

4、a+Cl-Cl-Na+氯化钠晶体的结构7用电子式表示离子化合物及其形成过程Na+Cl Na+ Cl - 回顾:8注意点：阳离子的表示 Na+ Mg2+1.离子的电子式阴离子的表示 Cl - 2- O 9化合物的电子式如NaCl的电子式 Na+ Cl - 如MgO电子式 2- O Mg2+10二、离子晶体1、离子晶体：由阴、阳离子构成的晶体。2、离子晶体中离子之间的作用力是离子键。3、离子键的强度： 晶格能 ：是指拆开1mol离子晶体使之形成气态阴离子和阳离子所吸收的能量。 用 U 表示，单位是kj/mol. 晶格能 U 越大，则形成离子键得到离子晶体时放出的能量越多，离子键越强。晶体的熔沸点就

5、比较高，硬度就比较大。讨论并完成P36的交流与讨论114、影响离子键强度的因素 离子电荷数的影响，电荷高，离子键强 。 离子半径的影响，半径小，离子键强。5、离子晶体的特点： 无确定的相对分子质量 NaCl 晶体是个大分子，晶体中无单独的 NaCl 分子存在。NaCl 是化学式，因而 58.5 可以认为是式量，不是相对分子质量 。 导电性 ：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 。 熔点沸点较高 硬度高 延展性差12三、离子晶体结构模型 1、 NaCl型离子晶体的结构（KCl、NaBr、LiF、CaO、MgO、NiO、CaS等均属于此类晶体。）晶体结构特点：在

6、氯化钠晶体中，Na+ 或Cl-周围各排列着6个带相反电荷的离子，即每个Na+ 周围有6个Cl-，每个Cl-周围有6个Na+。每个NaCl晶胞中含有4个Na+和4个Cl-。13 配位数 最近层的异号离子有 6 个，则配位数为 6 。 晶胞类型 观察同一种点，如观察空心圆点 Cl，正六面体的 8 个顶点和各面的中心，均有一个。所以为面心立方晶胞。14-Cl- Na+NaCl的晶体结构模型151、每个Na+同时吸引 个Cl-，每个Cl-同时吸引 个Na+，而Na+数目与Cl-数目之比为 ，化学式为 。2、根据氯化钠的结构模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶胞中有 个Na+，有 个Cl-。3、在每个Na

7、+周围与它最近的且距离相等的Na+有 个。661：1 NaCl44124、在每个Na+周围与它最近的且距离相等的Cl-所围成的空间结构为 体。正八面氯化钠晶体结构氯化钠晶胞提问162、CsCl型离子晶体的结构（CsBr、CsI、NH4Cl等均属于此类晶体。）晶体结构特点：在氯化铯晶体中，Cs+ 或Cl-周围各排列着8个带相反电荷的离子，即每个Cs+ 周围有8个Cl-，每个Cl-周围有8个Cs+。每个CsCl晶胞中含有1个Cs+和1个Cl-。17 右图是一个 CsCl 的晶胞 观察空心圆点，只存在于立方体顶点的 8 个位置上，无其它位置。( 1/8 ) 8 = 1 1 1 = 1 组成和对称性均

8、有代表性 。配位数为 8 。18CsCl型CsCl的晶体结构示意图191、每个Cs+同时吸引 个 Cl-，每个Cl-同时吸引 个Cs+，而Cs+数目与Cl-数目之比为 ，化学式为 。 2、根据氯化铯的结构模型确定晶胞，并分析其构成。每个晶胞中有 Cs+，有 个Cl- 。3、在每个Cs+周围与它最近的且距离相等的Cs+有 个。881：1CsCl116氯化铯晶体结构氯化铯晶胞提问20？问题：NaCl 、CsCl都是AB型离子化合物，两者的配位数却不同，你认为造成这一差异的可能原因是什么？21P37 拓展视野离子晶体中离子的配位数：与它们的相对大小有关，与其所带的电荷数的多少无关。在离子晶体中，阴、

9、阳离子总是尽可能紧密地排列，且一种离子周围紧邻的带相反电荷的离子越多，体系能量越低，所形成的离子晶体越稳定。离子中离子的配位数与r +/ r 有关。22。 ABCD+ADCB+r + / r 与配位数23 结论 时 ，配位数为 6 。 此时，为介稳状态，见下面左图。 如果 r + 再大些 ：+ 则出现 b) 种情况，见下面右图，即离子同号相离，异号相切的稳定状态。+ 从八配位的介稳状态出发，探讨半径比与配位数之间的关系。24ABCDABCD 下图所示，八配位的介稳状态的对角面图。ABCD 是矩形。 当 r + 继续增加，达到并超过 时，即阳离子周围可容纳更多阴离子时，为 8 配位。可以求得 结

10、论 为 0.414 0.732，6 配位 NaCl 式晶体结构。25 总之，配位数与 r +/ r 之比相关： 0.225 0.414 4 配位 ZnS 式晶体结构 0.414 0.732 6 配位 NaCl 式晶体结构 0.732 1.000 8 配位 CsCl 式晶体结构 注意 讨论中将离子视为刚性球体，这与实际情况有出入。但这些计算结果仍不失为一组重要的参考数据。因而，我们可以用离子间的半径比值作为判断配位数的参考。 若 r + 再增大，可达到 12 配位；r + 再减小，则形成 3 配位。 若 r + 变小，当 ， 则出现 a ) 种情况，如右图。阴离子相切，阴离子阳离子相离的不稳定状

11、态。配位数将变成 4 。+26阴、阳离子半径必欲配位数的关系r + / r配位数实例0.2550.4144ZnS0.4140.3726NaCl0.3721.08CsCl1.012CsF27 石墨晶体的层状结构，层内为平面正六边形结构（如图），试回答下列问题：（1）图中平均每个正六边形占有C原子数为_个、占有的碳碳键数为_个。碳原子数目与碳碳化学键数目之比为_.练习一：2:32328 在氯化铯晶体中，每个Cl-(或Cs+)周围与之最接近且距离相等的Cs+(或Cl-)共有 ；这几个Cs+(或Cl-)在空间构成的几何构型为 ；在每个Cs+周围距离相等且最近的Cs+共有 ；这几个Cs+(或Cl-)在空间构成的几何构型为 ；CsCl晶体8个立方体6 个正八面体练习229 1987年2月，朱经武（Paul Chu）教授等发现钇钡铜氧化合物在90K温度下即具有超导性，若该化合物的结构如右图所示，则该化合物的化学式可能是（ ） A. YBa2CuO7-X B. YBa2Cu2O7-X C. YBa2Cu3O7-X D. YBa2Cu4O7-XCu 8(1/8) + 8(1/4) = 3 1/81/4Ba 2Y 1C练习330白磷的键角为多少？Wg白磷中磷磷单键的数目为多少？60 (W/124) 6 NA 练习431晶体中Na+和Cl-间最小距离为a cm， 计算NaCl晶体的密度