化学竞赛专题辅导资料——晶体结构
- 格式:doc
- 大小:3.55 MB
- 文档页数:33
晶体结构(2002年)3.(5分) 石墨晶体由如图(1)所示的C 原子平面层堆叠形成。
有一种常见的2H 型石墨以二层重复的堆叠方式构成,即若以A 、B 分别表示沿垂直于平面层方向(C 方向)堆叠的两个不同层次,它的堆叠方式为ABAB……。
图(2)为AB 两层的堆叠方式,O 和●分别表示A 层和B 层的C 原子。
⑴ 在图(2)中标明两个晶胞参数a 和b 。
⑵ 画出2H 型石墨晶胞的立体示意图,并指出晶胞类型。
3.(共5分)可有多种选取方式,其中一种方式如下图所示:(2) 请自行设计两个实验(简单说明实验操作和实验现象)来验证Ba 2+确实能使平衡向左移动。
(2002年)8.(9分)有一离子晶体经测定属立方晶系,晶胞参数a =4.00?(1?=10-8cm),晶胞的顶点位置为Mg 2+,体心位置为K +,所有棱边中点为F -。
⑴ 该晶体的化学组成是 ;⑵ 晶胞类型是 ;⑶ Mg 2+的F -配位数是 ,K +的F -配位数是 ;⑷ 该晶体的理论密度是 g·cm -3。
⑸ 设晶体中正离子和负离子互相接触,已知F -的离子半径为1.33?,试估计Mg 2+的离子半径是 ?,K +的离子半径是 ?。
8.(共9分)⑴ MgKF 3 (2分)⑵ 简单立方晶胞 (1分)⑶ 6 (1分) 12 (1分)⑷ 3.12 g·cm -3 (2 分)⑸ 0.67 ? (1 分) 1.50 ? (1 分)(2002年)11.(4分)NiO 晶体为NaCl 型结构,将它在氧气中加热,部分Ni 2+被氧化为Ni 3+,晶体结构产生镍离子缺位的缺陷,其组成成为Ni x O(x<1),但晶体仍保持电中性。
经测定Ni x O 的立方晶胞参数a=4.157?,密度为6.47g·cm-3。
⑴ x 的值(精确到两位有效数字)为 ;写出标明Ni 的价态的Ni x O 晶体的化学式 。
⑵ 在Ni x O 晶体中Ni 占据 空隙,占有率是 。
郴州市二中高一化奥班辅导资料——晶体结构(2008-05-28)【涉及概念和内容】根据《化学课程标准》和中学化学教材以及《物质结构与性质》选修教材,晶体结构涉及的内容包括:(1)基本概念:周期性有序排列、晶胞及晶胞类型、晶胞中粒子数的计算、配位数、空隙、堆积方式、晶格能、并置碓砌;(2)堆积方式:面心立方、六方、体心立方和简单立方堆积;(3)晶体种类和性质:金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体,自范性、各向异性、金属晶体的导电导热和延展性、X-射线衍射。
这些内容看似零碎,实际上它们有着密切的内在联系,了解和建立它们的关系,对于晶体结构的教与学,深刻理解晶体结构和性质,掌握核心、突出重点都是很重要的。
它们的联系可以用下面的结构表示,其中堆积类型是联系晶体基本概念、基本结构与不同晶体类型的结构和性质的桥梁。
面心立方最密堆积(A1)最密堆积六方最密堆积(A3)体心立方密堆积(A2)简单立方堆积金刚石型堆积(四面体堆积)(A4)一、晶体的结构1、晶体的概念晶体是质点(原子、分子、离子)在空间有规律周期性地重复排列,是具有规则的多面体固体物质。
2自范性:在一定条件下晶体能自动地呈现具有一定对称性的多面体的外形(晶体的形貌)。
非晶体不能呈现多面体的外形。
晶态石英的谱图非晶态石英的谱图3、晶体的点阵结构概念:在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点,这些点按一定周期性规律排列在空间,这些点构成一个点阵。
点阵是一组无限的点,连结其中任意两点可得一矢量,将各个点阵按此矢量平移能使它复原。
点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。
晶体结构= 点阵+ 结构基元结构基元:在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容,包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构。
(1)直线点阵(2)平面点阵(3)晶胞(晶胞是人为划定的,为平行六面体)空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点阵点的单位矢量a,b,c,它们将点阵划分成并置的平行六面体单位,称为点阵单位。
第五章晶体结构§5-1晶体的点阵理论1. 晶体的结构特征人们对晶体的印象往往和晶莹剔透联系在一起。
公元一世纪的古罗马作家普林尼在《博物志》中,将石英定义为“冰的化石”,并用希腊语中“冰”这个词来称呼晶体。
我国至迟在公元十世纪,就发现了天然的透明晶体经日光照射以后也会出现五色光,因而把这种天然透明晶体叫做"五光石"。
其实,并非所有的晶体都是晶莹剔透的,例如,石墨就是一种不透明的晶体。
日常生活中接触到的食盐、糖、洗涤用碱、金属、岩石、砂子、水泥等都主要由晶体组成,这些物质中的的晶粒大小不一,如,食盐中的晶粒大小以毫米计,金属中的晶粒大小以微米计。
晶体有着广泛的应用。
从日常电器到科学仪器,很多部件都是由各种天然或人工晶体而成,如,石英钟、晶体管,电视机屏幕上的荧光粉,激光器中的宝石,计算机中的磁芯等等。
晶体具有按一定几何规律排列的内部结构,即,晶体由原子(离子、原子团或离子团)近似无限地、在三维空间周期性地呈重复排列而成。
这种结构上的长程有序,是晶体与气体、液体以及非晶态固体的本质区别。
晶体的内部结构称为晶体结构。
晶体的周期性结构,使得晶体具有一些共同的性质:(1) 均匀性晶体中原子周期排布的周期很小,宏观观察分辨不出微观的不连续性,因而,晶体内部各部分的宏观性质(如化学组成、密度)是相同的。
(2) 各向异性在晶体的周期性结构中,不同方向上原子的排列情况不同,使得不同方向上的物理性质呈现差异。
如,电导率、热膨胀系数、折光率、机械强度等。
(3) 自发形成多面体外形无论是天然矿物晶体还是人工合成晶体,在一定的生长条件下,可以形成多面体外形,这是晶体结构的宏观表现之一。
晶体也可以不具有多面体外形,大多数天然和合成固体是多晶体,它们是由许多取向混乱、尺寸不一、形状不规则的小晶体或晶粒的集合。
(4) 具有确定的熔点各个周期内部的原子的排列方式和结合力相同,到达熔点时,各个周期都处于吸热溶化过程,从而使得温度不变。
全国化学竞赛初赛讲义——晶体结构晶体结构是化学竞赛中的重要内容之一、晶体是指由具有有序排列的原子,分子或离子组成的固态物质,具有规则的几何形状。
晶体结构的了解对于理解物质的性质和反应机理非常重要。
下面是晶体结构的讲义。
一、晶体结构的基本概念晶体的结构由最小的重复单元所组成,这个最小重复单元称为晶胞。
晶体结构中的重复单元之间的关系是平移关系,即晶胞通过平移操作得到整个晶体。
晶体结构可以分为离子晶体结构、共价晶体结构和金属晶体结构三种。
离子晶体由阳离子和阴离子组成,通常具有高熔点和硬度,如NaCl、CaF2等。
共价晶体由原子通过共价键相连形成,通常具有高熔点和硬度,如钻石、石墨等。
金属晶体由金属离子通过金属键相连形成,通常具有良好的导电性和延展性,如Cu、Al等。
二、晶体结构的表示方法1.点阵表示法:用数学点阵表示晶体中原子的相对位置关系。
有三种常见的点阵表示方法:简单立方点阵、面心立方点阵和体心立方点阵。
(1)简单立方点阵:晶胞内只含一个原子,每个原子都在晶体的角落上。
(2)面心立方点阵:晶胞内含有4个原子,每个原子都在晶体的角落和晶胞的中心。
(3)体心立方点阵:晶胞内含有2个原子,其中一个原子在晶体的角落上,另一个原子在晶胞的中心。
2.坐标表示法:用坐标系表示晶体中原子的位置。
在二维平面上,可以使用直角坐标系或斜坐标系表示晶体中原子的位置。
直角坐标系中,原子的位置可以用x和y两个坐标表示;斜坐标系中,原子的位置可以用a和b两个坐标表示。
在三维空间中,晶体中原子的位置通常用直角坐标系表示,即通过x、y和z三个坐标来确定原子的位置。
三、晶体的常见缺陷与晶体的生长晶体中常见的缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷。
1.点缺陷:晶体中原子在其位置上发生的缺失、置换、插入或附加等现象。
(1)缺失缺陷:晶体中缺少一个原子。
(2)置换缺陷:晶体中一个原子被其他原子所替代。
(3)插入缺陷:晶体中多了一个原子。
(4)附加缺陷:晶体中多了一个原子,同时缺少一个原子。
高中化学竞赛经典讲义——晶体结构晶体结构是高中化学竞赛中一个非常重要的知识点。
晶体是由一定数量的离子、分子或原子按照一定的几何排列方式所组成的固体,其最具有代表性的性质就是具有规则的几何形状。
晶体结构的了解对于理解晶体的性质、结构与合成具有重要意义。
晶体结构的揭示是通过实验技术以及理论研究来实现的。
其中最重要的实验手段是X射线衍射。
当X射线穿过晶体时,会产生衍射现象,出现一系列亮斑,这些亮斑的位置和强度依赖于晶体结构。
通过对衍射图像的解析,可以确定晶胞参数,揭示出晶体内部的几何排列。
理论上,可以使用动力学理论计算晶体的结构,得出一系列理论結构参数。
实验与理论的比较可以验证理论的正确性,并进一步完善理论模型。
晶体结构是有一定规律的,可以分为离子晶体和共价晶体两种类型。
离子晶体是由正离子和负离子通过离子键结合而成的晶体。
离子晶体的结构稳定,离子之间的排列有一定的规则。
若正离子与负离子的离子半径比较接近,离子晶体的结构会较紧密,例如氯化钠、氟化钙等。
若离子半径比差异较大,离子晶体的结构则会较为散松,例如氧化银、氧化铅等。
共价晶体是由原子通过共价键结合而成的晶体。
共价晶体的原子之间的键长和键角与几何排列有密切关系。
晶体结构可以通过晶胞参数来描述。
晶胞是晶体的最小重复单元,其正六面体的两边长度为a,与该边垂直的四棱面间的夹角为90°,而与该边相邻的两棱面间的夹角为120°。
晶胞参数a、b、c分别代表了晶体沿三个坐标轴方向的长度,而α、β、γ代表了晶体坐标轴之间的夹角。
晶体结构的描述还需要引入晶体结构中的间隙。
间隙是晶胞中没有原子、离子或分子占据的空隙,可以是正交的,也可以是六角形的。
晶胞中间隙的存在对于许多晶体性质有着重要影响,例如导电性、光学性质等。
为了更好的理解晶体结构,可以引入晶体结构分类的一些基本概念。
首先是晶格点的概念,晶格点是描述晶体排列的重要参考点。
晶格参数是晶体中两个晶格点之间的最短距离,而晶格的基元则是指两个相邻晶格点之间的最短距离。
全国化学竞赛初赛讲义——晶体结构 根据晶胞的几何特征,晶胞可以有7种,其名称、外形及晶胞参数如下表:名称外形 晶胞参数 立方a=b=c ,α=β=γ=90︒,只有一个晶胞参数a 四方a=b≠c ,α=β=γ=90︒,有2个晶胞参数a 和b 六方a=b≠c ,α=β=90︒,γ=120︒,有2个晶胞参数a 和c 正交a≠b≠c ,α=γ=90︒,有3个晶胞参数a 、b 和c 单斜a≠b≠c ,α=γ= 90︒,β≠90︒,有4个晶胞参数a 、b 、c 和β 三斜a≠b≠c ,α≠β≠γ,有6个晶胞参数a 、b 、c 、α、β和γ 菱方a =b =c ,α=β=γ≠90︒,有2个晶胞参数a 和α这种晶胞最早是由法国晶体学家布拉维提出的,全名是布拉维晶胞。
根据晶胞中所含结构基元〔可以理解为晶体中具有完全相同的化学环境,能体现晶体组成的最小构成微粒(原子、分子、离子或原子团)〕,可以分为素晶胞和复晶胞两大类。
素晶胞是最小的晶胞,其内容物的组成相当于结构基元的组成。
复晶胞则为素晶胞的多倍体。
复晶胞分体心晶胞、面心晶胞和底心晶胞三种,分别是素晶胞的2倍体、4倍体和2倍体,即其内容物相当于2、4、2个结构基元。
体心晶胞的特征是:将晶胞的框架移至体心位置(注意:只移动框架不移动原子),所得到的新的晶胞与原晶胞没有任何差别,这种特征叫体心位移。
归纳为下表即为:晶胞含结构基元 特征 素晶胞1 最小的晶胞 复晶胞 体心晶胞2 可作体心位移 面心晶胞4 可作面心位移 底心晶胞 2 可作底心位移【问题与思考】右图中的金属钠和氯化铯是不是体心晶胞?【分析与归纳】是不是体心晶胞关键就是看能否作体心位移,也是把晶胞的框架移至晶胞体心位置,所得新晶胞(图中虚线)与原晶胞(实线)是否毫无差别,如果无差别则是体心晶胞,否则不是。
由此可知金属钠是体心晶胞,氯化铯不是。
金属钠的结构基元是一个钠原子,一个钠晶胞中有2个钠原子,因此它是一个复晶胞(含2个结构基元);氯化铯的结构基元是1Cs ++1Cl -,一个晶胞中含一个Cs +和一个Cl -,为素晶胞。
郴州市二中高一化奥班辅导资料——晶体结构(2008-05-28)【涉及概念和内容】根据《化学课程标准》和中学化学教材以及《物质结构与性质》选修教材,晶体结构涉及的内容包括:(1)基本概念:周期性有序排列、晶胞及晶胞类型、晶胞中粒子数的计算、配位数、空隙、堆积方式、晶格能、并置碓砌;(2)堆积方式:面心立方、六方、体心立方和简单立方堆积;(3)晶体种类和性质:金属晶体、离子晶体、分子晶体、原子晶体,自范性、各向异性、金属晶体的导电导热和延展性、X-射线衍射。
这些内容看似零碎,实际上它们有着密切的内在联系,了解和建立它们的关系,对于晶体结构的教与学,深刻理解晶体结构和性质,掌握核心、突出重点都是很重要的。
它们的联系可以用下面的结构表示,其中堆积类型是联系晶体基本概念、基本结构与不同晶体类型的结构和性质的桥梁。
面心立方最密堆积(A1)最密堆积六方最密堆积(A3)体心立方密堆积(A2)简单立方堆积金刚石型堆积(四面体堆积)(A4)一、晶体的结构1、晶体的概念晶体是质点(原子、分子、离子)在空间有规律周期性地重复排列,是具有规则的多面体固体物质。
2自范性:在一定条件下晶体能自动地呈现具有一定对称性的多面体的外形(晶体的形貌)。
非晶体不能呈现多面体的外形。
晶态石英的谱图非晶态石英的谱图3、晶体的点阵结构概念:在晶体内部原子或分子周期性地排列的每个重复单位的相同位置上定一个点,这些点按一定周期性规律排列在空间,这些点构成一个点阵。
点阵是一组无限的点,连结其中任意两点可得一矢量,将各个点阵按此矢量平移能使它复原。
点阵中每个点都具有完全相同的周围环境。
晶体结构= 点阵+ 结构基元结构基元:在晶体的点阵结构中每个点阵所代表的具体内容,包括原子或分子的种类和数量及其在空间按一定方式排列的结构。
(1)直线点阵(2)平面点阵(3)晶胞(晶胞是人为划定的,为平行六面体)空间点阵必可选择3个不相平行的连结相邻两个点阵点的单位矢量a,b,c,它们将点阵划分成并置的平行六面体单位,称为点阵单位。
相应地,按照晶体结构的周期性划分所得的平行六面体单位称为晶胞。
矢量a,b,c的长度a,b,c及其相互间的夹角α,β,γ称为点阵参数或晶胞参数。
图1 晶胞结构图2 晶胞与晶格晶胞的二个基本要素:一是晶胞大小和形状; 二是晶胞中各原子坐标位置。
晶胞大小和形状可用晶胞参数表示;晶胞中原子位置可用分数坐标表示。
原子分数坐标【例】:赤铜矿Cu 2O 的原子坐标,晶胞中占有2个O 原子,4个Cu 原子。
晶胞知识要点晶胞一定是一个平行六面体,其三边长度a,b,c 不一定相等,也不一定垂直。
划分晶胞要遵循2个原则:一是尽可能反映晶体内结构的对称性;二是尽可能小。
整个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置堆砌而成的。
(并置堆砌:整个晶体就是由晶胞周期性的在三维空间并置堆砌而成的。
平行六面体之间没有任何空隙,OCu0,0,0; 1/2,1/2,1/23/4,1/4,1/4; 1/4,3/4,1/41/4,1/4,3/4; 3/4,3/4,3/4赤铜矿Cu 2O同时相邻的几个平行六面体均能共顶点相连接。
)习用晶胞是平行六面体,称为布拉维晶胞布拉维系(Bravais system)立方四方正交单斜三 斜六方菱方β=90ο4、晶胞种质点个数的计算根据晶体结构或晶胞结构示意图推断晶体的化学式解答这类试题,通常采用分摊法。
因为在一个晶胞结构中出现的多个原子,并不是只为这一个晶胞所独立占有,而是为多个晶胞共用,所以每一个晶胞只能按比例分摊。
分摊的根本原则是:晶胞任意位置上的原子如果是被n 个晶胞所共有,则每个晶胞只能分得这个原子的n 1。
具体地,根据晶胞(晶体中最小重复单位)求晶体中粒子个数比的方法是:①处于顶点的粒子,同时为8个晶胞共有,每个粒子有81属于晶胞;②处于棱上的粒子,同时为4个晶胞共有,每个粒子有41属于晶胞;③处于面上的粒子,同时为两个晶胞共有,每个粒子有21属于晶胞。
【例1】现在四种晶体,其离子排列方式如图所示,其中化学式正确的是( )AB 2 EF 2 XY 3Z AB (A ) (B ) (C ) (D )【例2】最近发现一种由钛原子和碳原子构成的气态团簇分子(如左图所示),顶角和面心的原子是钛原子,棱的中心和体心的原子是碳原子,它的化学式是 。
5、晶体结构的密堆积原理许多晶体中的粒子(包括原子、分子或离子等)总是倾向于采取密堆积的结构,即具有堆积密度大、粒子的配位数高、能充分利用空间等结构特点。
密堆积方式因充分利用了空间,而使体系的势能尽可能降低,而结构稳定。
密堆积原理是我们研究晶体结构,理解晶体结构的基本原理与实际晶体结构之间关系,解决晶体结构实际问题的重要工具。
(1).定义:所谓密堆积结构是指由无方向性的金属键、离子键和范德华力等结合的晶体中,原子、离子或分子等微观粒子总是趋向于相互配位数高,能充分利用空间的堆积密度最大的那些结构。
面心立方最密堆积(A1)常见的密堆积形型式 六方最密堆积(A3)体心立方密堆积(A2)(2).面心立方最密堆积(A1)和六方最密堆积(A3)同一层中球间有三角形空隙,平均每个球摊列2个空隙(如图3)。
第二层一个密堆积层中的突出部分正好处于第一层的空隙即凹陷处,第二层的密堆积方式也只有一种,但这两层形成的空隙分成两种:四面体空隙(被四个球包围)(如图4)正八面体空隙(被六个球包围)(如图5)第三层 堆积 方式有两种:突出部分落在正四面体空隙 AB 堆积(A3六方最密堆积)(如图6、图7)突出部分落在正八面体空隙 ABC 堆积(A1面心立方最密堆积)(图8、图9)图3图4 图5图6 A3六方最密堆积图7 A3六方最密堆积的四面体空隙【平行六面体底是平行四边形】图8 A1面心立方最密堆积【面对角线上三个球是互相接触的】图9 A1面心立方最密堆积八面体空隙和四面体空隙3. 体心立方密堆积(A2)【体对角线上3个球相切】A2不是最密堆积。
每个球有八个最近的配体(处于边长为a的立方体的8个顶点)和6个稍远的配体,分别处于和这个立方体晶胞相邻的六个立方体中心。
故其配体数可看成是14,空间利用率为68.02%。
此外,还有A4金刚石型堆积(立方面心堆积)和简单立方堆积。
表2 堆积方式及性质小结堆积方式晶胞类型空间利用率配位数实例面心立方最密堆积(A1) 面心立方74% 12 Cu、Ag、Au 六方最密堆积(A3) 六方74% 12 Mg、Zn、Ti 体心立方密堆积(A2) 体心立方68% 8(或14) Na、K、Fe 金刚石型堆积(A4) 面心立方34% 4 Sn简单立方堆积简单立方52% 6 Po晶体结构复杂性举例a-Mn和b-Mn均为立方晶系晶体,a-Mn每个晶胞包含58个原子,b-Mn每个晶胞包含20个原子.在这两种晶体中,均有一部分锰原子的配位数为12,属于二十面体型配位,a-Mn中每个晶胞有8个属于这种配位,b-Mn中有24个.此外,b-Mn晶胞中剩余的12个原子配位数为14,a-Mn晶胞中剩余的34个原子配位数为13和16。
例3、求A3六方最密堆积的空间利用率。
例4、已知金属铜为面心立方晶体,如图所示:铜的相对原子质量为63.54,密度为8.936 g ·cm –3,试求: (1)单位晶胞的边长; (2)铜的金属半径。
分析:由题提供的数据,先求出铜的摩尔体积,再求出单胞体积,最后求出单胞边长和金属半径。
解:(1)1 mol 铜原子所占的体积为:1 mol ×63.54 g ·mol –1/8.936 g ·cm –3=7.11cm 3 铜为面心立方晶格,1个单胞中有4个铜原子,故1个单胞的体积为410023.6·11.712313--⨯molmol cm = 4.722×10–23cm 3单胞边长a 为:a = 32310722.4cm -⨯ = 3.615×10–8cm(2)在一个面心立方晶胞中,单胞边长为a ,铜原子的金属半径为r ,根据简单的几何关系得:(4r )2 = a 2 + a 2r = 2/4a = 1.28×10–8cm因此铜单位晶胞的边长为3.615×10-8cm ,铜原子的金属半径为1.28×10-8cm练习:教材中重要的晶体结构特征1、NaCl 晶体:1个Na+周围最近且距离相等的Cl-有个。
1个Cl-周围最近且距离相等的Na+有个1个Na+周围最近且距离相等的Na+有个。
1个Cl-周围最近且距离相等的Cl-有个。
1个晶胞中有个Na+,有个Cl-。
2、CsCl 晶体:1个Cs+周围最近且距离相等的Cl-有个。
1个Cl-周围最近且距离相等的Cs+有个1个Cs+周围最近且距离相等的Cs+有个。
1个Cl-周围最近且距离相等的Cl-有个。
1个晶胞中有个Cs+,有个Cl-。
3、干冰晶体:1个晶胞中有个CO2分子。
1个CO2分子周围最近且距离相等的CO2分子______个。
4、白磷分子:P4,鍵角为,一个P原子与个P原子成键,一个白键分子中有个P-P 键,其中P原子与P-P键之比为。
5、石墨晶体:一个C原子与个C原子成键,一个正六边形中占有个P原子,个P-P键,其中C原子与C-C键之比为。
石墨晶体结构俯视6、金刚石:(晶体硅相同)一个C原子与个C原子成键,键角为。
一个C原子分占个C-C键。
最小环为元环,一个C原子被环共用。
一个环分占个C原子。
7、SiO2晶体:一个Si原子与个O原子成键,一个O原子与个Si原子成键。
晶体中有1molSi原子,则有molSi-O键,晶体中有1molO原子,则有molSi-O键。
最小环为元环,一个Si原子被环共用,一个O原子被环共用。
一个环分占个Si原子,占个O原子。
二、晶体的类型和性质(一)离子晶体1、离子键理论1916 年德国科学家Kossel(科塞尔)提出离子键理论。
(一)离子键的形成1、形成过程以NaCl 为例:(1)电子转移形成离子Na-eˉ= Na+Cl + eˉ= Clˉ相应的电子构型变化:2s22p63s1 →2s22p6 ;3s23p5→3s23p6分别达到Ne 和Ar 的稀有气体原子的结构,形成稳定离子。
(2)靠静电吸引,形成化学键,体系的势能与核间距之间的关系如图所示:注:横坐标——核间距r 。
纵坐标——体系的势能V 。
纵坐标的零点——当r 无穷大时,即两核之间无限远时,势能为零。
下面来考察Na+和Clˉ彼此接近时,势能V的变化。
图中可见:r >r0时,随着r 的不断减小,正负离子靠静电相互吸引,V减小,体系趋于稳定。
r = r0时,V有极小值,此时体系最稳定,表明形成了离子键。
r < r0时,V 急剧上升,因为Na+和Clˉ彼此再接近时,相互之间电子斥力急剧增加, 导致势能骤然上升。