9.3.1 离子键与离子晶体慕课视频播放-无机化学-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

同学你好

这一节我们要讲的是离子键与离子晶体

首先我们来看一看离子键的形成过程

当两个正负离子相互靠近的时候

在正负离子之间存在的一定是吸引作用

所以随着正负离子距离的缩短

正负离子的体系的总能量它是逐渐降低的

那么到达平衡点以后

如果我们继续缩小正负离子的距离

我们会发现这时候作用力就以排斥力为主了

这个排斥力

来源于两个离子的原子核之间的排斥力

那么距离如果继续缩短的话

整个体系的能量是上升的

那么在最低点

我们认为正负离子之间的吸引作用和排斥作用

达到一个平衡点

那么在这一点形成一个稳定的离子键

按照离子键的形成过程

我们可以稍微总结一下离子键的特点

离子键的特点是相对于共价键而言的

我们说它没有方向性

也没有饱和性

那么这两个特点和离子键本质

是正负离子之间的静电引力有关系

那么究竟两个元素之间

什么时候能够形成离子键

什么时候形成共价键

那么我们认为

它和成键的两个原子的电负性差值有关

右图是成键两个原子的电负性差值

和他们俩之间所形成的

键的离子性的百分数的关系

随着成键的两个原子电负性差值的增加

所对应的分子的化学键的

离子性的成分是逐渐增加的

但是这里面我要重点说明一点

比如说像氟化锂

我们知道氟的电负性是最强的

那么氟和锂之间

它的电负性差值是非常大的

但是符合锂所形成的化学键

也不是百分之百的离子键

也含有一定的共价键的成分

也就是说它的原子轨道之间也有部分重叠

所以我们说纯粹的离子键它是不存在的

那么只不过在化学键里面

离子键的成分占比多少有关系

下面我们看一看典型的离子晶体的构型

目前所存在的离子晶体

我们大致可以划分为

三种的典型的离子晶体构型结构

一种是氯化钠型的离子晶体

这一类离子晶体的特点

就是阴离子氯离子占据的

是八面体的顶点和面心的位置

那么阳离子也就是说钠离子

占据的是氯离子形成的八面体的空隙

所以在这种晶体构型里面

钠离子和氯离子的配位数比是6:6的关系

每个钠离子周围有六个氯

每个氯离子周围有六个钠离子

第二种典型的构型是氯化铯型

这一类离子晶体的结构特点是

氯离子占据的是八面体的顶点的位置

铯离子占据的是八面体的体心的位置

这种构型里面铯离子和氯离子的配位数比是8:8

第三种构型是立方硫化锌型

这类构型的特点是

硫离子占据的是立方体的顶点和面心的位置

在这类构型里面

锌离子和硫离子它们的配位数比是4:4型

我们目前很多的离子晶体

都可以归属于这三种典型的离子晶体构型

晶体到底采取的是哪一种的构型方式

有一个规则叫做离子晶体的半径比规则

这个半径比规则

是把离子晶体采取何种构形方式

归结于正负离子的半径比

比如说A图氯化钠型的

也就是说我们说6:6型的

它的一个理想的排布方式就是这样的

我们可以看到氯离子阴离子相互紧邻

然后阳离子在阴离子形成的空隙里面

并和阴离子是相邻的

那么在这种构型里面

我们可以计算一下

正负离子的半径比是0.414

那么如果我们增大阳离子的半径

那么有可能在阳离子周围

就会排布上更多的阴离子

那么增大到一定程度

也就是随着R正比R负的增加

那么它有可能从6:6型转换到8:8构型的

那么反过来

如果我们减小阳离子的半径

也就R正比R负减小

减小的结果会可能采取这种构型方式

那么在阳离子的周围

就可能只能排布上比较少的阴离子

所以这样的话人们提出了一个半径比规则

根据正负离子的半径如果在0.732 到1之间

它可能采取的构型就是氯化铯型

如果在0.414到0.732之间

可能采取的就是氯化钠型

如果在0.225到0.414之间可能采取的就是立方硫化锌型

那么根据半径比规则

我们可以大致判断一下离子晶体

它可能采取的构型方式

对于离子晶体的稳定性

人们提出来了

可以用离子键的强度或者用晶格能来表示

那么关于离子晶体的晶格能定义

我们看一下

它的定义是指在标准态下

破坏1mol的离子晶体

使它变成相应的

气态的阳离子和阴离子的时候

那么这个过程所需要吸收的能量

叫做离子晶体的晶格能

它对应的过程就是我们

比如说用氯化钠晶体

变成气态的钠离子和气态的氯离子

这个过程在标准态下的标准焓变

定义为这个氯化钠晶体的晶格能

对于一个离子晶体来说

它的晶格能计算

我们有两种方法

一种方法是通过热化学循环的方法来进行计算

也就是我们通常说的玻恩哈伯循环法

比如说我们要计算氯化钠晶体的晶格能

我们可以设计一个如下的热化学循环方式

我们来具体看一下

那么总的反应我们是用

钠的固体和氯的气体变成氯化钠的固体

那我们都知道这个过程

它所对应的能量变化是

氯化钠晶体的标准摩尔生成焓

然后我们让它变成一个分布变化过程

我们从钠的固体变成钠的气体再变成钠离子

那么这个过程分别对应的是钠的升华热

和钠的低电离能

然后我们再把氯气的分子

分别变成气态的氯原子和气态的氯离子

这个过程分别对应的是氯离键的键能

以及氯的电子亲和能

然后我们把钠离子气态的

和氯离子气态的结合变成氯化钠固体

那么这个过程对应的就是氯化钠晶格能的负值

所以这样的话我们根据盖茨定律

我们说总的焓变应该等于各部的焓变之和

这样的话我们通过测量其它的热力学函数

就可以把晶体的晶格能计算出来

第二种方法就是理论计算公式

就是我们通常说的玻恩朗德的公式

这个公式的形式就是这样的

其中每一个A n这都是代表这个常数

和晶体构型有关系的

这里面这Z正和Z负代表的是阴阳离子所带的电荷数

R0代表的是正负离子的半径之和

那么这个玻恩朗德公式

我们可以用它来理论计算晶格能的大小

那么我们也经常用这个公式

来比较不同晶体的晶格能的大小

怎么比较呢

通过这个公式我们可以看出来

对于一个离子晶体来说

它的晶格U会正比于正负离子所带的电荷

反比于正负离子的半径之和

所以对于两个离子晶体来说

如果它所在的电荷数越高

它的半径越小

那么它的晶格能越大

晶格能越大离子晶体的稳定性越高

相应的熔点也就越高

所以这样的话根据玻恩朗德公式

我们可以得出这样一个结论

对于晶体构型相同的离子晶体

这个离子所带的电荷数越高

核间距越小晶格能越大

这个相应的离子晶体是越稳定的

对于一个离子晶体来说

它的晶格能越大

这个离子晶体越稳定

它相应的熔点越高

它的硬度也是越大的

以上就是这一小节知识点的内容

无机化学课程列表：

第1章物质的聚集状态

-1.1 物质的聚集状态和分压定律

--1.1.1 物质的聚集状态和分压定律

--第1.1节讨论应用理想气体状态方程的时候应注意哪些问题

--第1.1节测试物质的聚集状态和分压定律

-1.2 稀溶液的依数性

--1.2.1 稀溶液的依数性(1)

--1.2.2 稀溶液的依数性(2)

--第1.2节讨论为什么讨论稀溶液的依数性时将溶质限定为难挥发非电解质

--第1.2节测试稀溶液的依数性

-第1章测试物质的聚集状态

-第1章课件物质的聚集状态

第2章化学热力学基础

-2.1 化学热力学基本概念

--2.1.1 化学热力学基本概念

--第2.1节测试化学热力学基本概念

-2.2 化学反应热效应

--2.2.1 化学反应热效应

--第2.2节测试化学反应的热效应

-2.3 化学反应热效应计算

--2.3.1 化学反应热效应计算

--第2.3节讨论为什么温度对焓变和熵变影响很小

--第2.3节测试化学反应热效应计算

-2.4 化学反应方向判据

--2.4.1 化学反应方向判据

--第2.4节讨论吉布斯自由能变的求算方法有哪些

--第2.4节测试化学反应方向判据

-第2章测试化学热力学基础

-第2章课件化学热力学基础

第3章化学反应速率与化学反应平衡

-3.1 影响化学反应速率的因素

--3.1.1 影响化学反应速率的因素

--第3.1节测试影响化学反应速率的因素

-3.2 化学反应速率理论

--3.2.1 化学反应速率理论

--第3.2节讨论有人说根据反应方程式可以直接写出速率方程，这种说法对吗？

--第3.2节测试化学反应速率理论

-3.3 化学平衡理论

--3.3.1 化学平衡理论

--第3.3节测试化学平衡理论

-3.4 化学平衡移动

--3.4.1 化学平衡移动

--第3.4节讨论标准平衡常数与经验平衡常数的区别

--第3.4节测试化学平衡移动

-第3章测试化学反应速率与化学反应平衡

-第3章课件化学反应速率与化学反应平衡

第4章酸碱平衡

-4.1 酸碱理论

--4.1.1 酸碱理论

--第4.1节讨论阿雷尼乌斯电离理论、酸碱质子理论和酸碱电子理论各有什么优缺点？

--第4.1节测试酸碱理论

-4.2 水的电离平衡

--4.2.1 水的电离平衡

--第4.2节测试水的电离平衡

-4.3 弱酸弱碱平衡

--4.3.1 弱酸弱碱平衡

--第4.3节测试弱酸弱碱平衡

-4.4 盐水解平衡

--4.4.1 盐水解平衡

--第4.4节测试盐水解平衡

-4.5 缓冲体系

--4.5.1 缓冲体系

--第4.5节讨论人体血浆中有哪些缓冲系统，最重要的是哪一个？

--第4.5节测试缓冲体系

-第4章测试酸碱平衡

-第4章课件酸碱平衡

第5章沉淀-溶解平衡

-5.1 溶度积常数

--5.1.1 溶度积常数

--第5.1节测试溶度积常数

-5.2 溶度积常数与溶解度换算关系

--5.2.1 溶度积常数与溶解度换算关系

--第5.2节测试溶度积常数与溶解度换算关系

-5.3 溶度积规则

--5.3.1 溶度积规则

--第5.3节讨论溶度积规则用途是什么？怎么理解？

--第5.3节测试溶度积规则

-5.4 影响沉淀生成因素

--5.4.1 影响沉淀生成因素

--第5.4节测试影响沉淀生成因素

-5.5 分步沉淀

--5.5.1 分步沉淀

--第5.5节测试分步沉淀

-5.6 沉淀溶解

--5.6.1 沉淀溶解

--第5.6节测试沉淀溶解

-5.7 沉淀转化

--5.7.1 沉淀转化

--第5.7节测试沉淀转化

-第5章讨论人体中有沉淀溶解平衡吗？举例说明

-第5章测试沉淀-溶解平衡

-第5章课件沉淀-溶解平衡

第6章氧化还原平衡

-6.1 原电池

--6.1.1 原电池

--第6.1节测试原电池

-6.2 电极电势

--6.2.1 电极电势

--第6.2节测试标准电极电势

-6.3 Nernst方程

--6.3.1 Nernst方程

--第6.3节讨论电池反应和电极反应的能斯特方程有什么异同点？

--第6.3节测试电极电势Nernst方程

-6.4 电极电势的应用

--6.4.1 电极电势的应用(1)

--6.4.2 电极电势的应用(2)

--第6.4节讨论怎么解释单质银不能从盐酸溶液中置换出氢气，但可从氢碘酸中置换出氢气

--第6.4节测试电极电势应用

-6.5 元素电势图及其应用

--6.5.1 元素电势图及其应用

--第6.5节测试元素电势图及其应用

-第6章测试氧化还原平衡

-第6章课件氧化还原平衡

第7章原子结构与元素周期律

-7.1 玻尔氢原子模型

--7.1.1 玻尔氢原子模型

--第7.1节测试玻尔氢原子模型

-7.2 波粒二象性

--7.2.1 波粒二象性

--第7.2节测试波粒二象性

-7.3 薛定谔方程

--7.3.1 薛定谔方程

--第7.3节测试薛定谔方程

-7.4 四个量子数

--7.4.1 四个量子数

--第7.4节测试四个量子数

-7.5 波函数角度分布图

--7.5.1 波函数角度分布图

--第7.5节讨论波函数角度分布图上的正、负号有什么含义

--第7.5节测试波函数角度分布图

-7.6 多电子原子结构

--7.6.1 多电子原子结构

--第7.6节测试多电子原子结构

-7.7 元素性质的周期性变化

--7.7.1 元素性质的周期性变化

--第7.7节讨论说说电离能和电子亲合能的变化趋势，其中有哪些特例

--第7.7节测试元素性质的周期性变化

-第7章测试原子结构与元素周期律

-第7章课件原子结构与元素周期律

第8章分子结构

-8.1 现代价键理论

--8.1.1 现代价键理论

--第8.1节测试现代价键理论

-8.2 杂化轨道理论

--8.2.1 杂化轨道理论

--第8.2节讨论 sp、sp2、sp3杂化轨道的成键能力的大小次序？

--第8.2节测试杂化轨道理论

-8.3 价层电子对互斥理论

--8.3.1 价层电子对互斥理论

--第8.3节测试价层电子对互斥理论

-8.4 分子轨道理论

--8.4.1 分子轨道理论

--第8.4节测试分子轨道理论

-第8章讨论为什么说杂化轨道理论和价层电子对互斥理论存在互补关系

-第8章测试分子结构

-第8章课件分子结构

第9章晶体结构

-9.1 晶体结构

--9.1.1 晶体结构

--第9.1节测试晶体结构

-9.2 金属键理论与金属晶体

--9.2.1 金属键理论与金属晶体

--第9.2节测试金属键与金属晶体

-9.3 离子键与离子晶体

--9.3.1 离子键与离子晶体

--第9.3节测试离子键与离子晶体

-9.4 离子极化理论

--9.4.1 离子极化理论

--第9.4节讨论离子极化对无机化合物的颜色产生什么影响

--第9.4节测试离子极化理论

-9.5 分子间力与分子晶体

--9.5.1 分子间力与分子晶体

--第9.5节测试分子间力与分子晶体

-9.6 氢键

--9.6.1 氢键理论

--第9.6节讨论氢键的存在对水的性质有哪些影响

--第9.6节测试氢键

-第9章测试晶体结构

-第9章课件晶体结构

第10章配位化学基础

-10.1 配位化合物组成及命名

--10.1.1 配位化合物组成及命名

--第10.1节讨论为什么螯合物会更稳定

--第10.1节测试配位化合物组成和命名

-10.2 配合物解离平衡

--10.2.1 配合物解离平衡

--第10.2节测试配合物解离平衡

-10.3 配合物解离平衡的移动

--10.3.1 配合物解离平衡的移动

--第10.3节测试配合物解离平衡移动

-10.4 配合物的化学键理论-杂化轨道理论

--10.4.1 配合物的化学键理论(1)

--10.4.2 配合物的化学键理论(2)

--第10.4节测试配合物的化学键理论-杂化轨道理论

-10.5 配合物的晶体场理论

--10.5.1 晶体场理论(1)

--10.5.2 晶体场理论(2)

--10.5.3 晶体场理论(3)

--第10.5节测试配合物的晶体场理论

-第10章讨论为什么大多数金属水合离子有颜色，但是锌离子、银离子无色

-第10章测试配位化学基础

-第10章课件配位化学基础

第11章氢和稀有气体

-第11章课件氢和稀有气体

-第11章测试氢和稀有气体

第12章碱金属和碱土金属

-第12章课件碱金属和碱土金属

-第12章测试碱金属和碱土金属

第13章硼族、碳族和氮族元素

-第13章课件硼族、碳族和氮族元素

-第13章测试硼族、碳族和氮族元素

第14章氧族元素和卤素

-第14章课件氧族元素和卤素

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第15章过渡元素

-第15章课件过渡元素

-第15章测试过渡元素

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