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NaCl型 属于立方面心点阵, 原子分数坐标: Cl- : (0,0,0) (1/2,1/2,0) (1/2,0,1/2) (0,1/2,1/2) Na+ : (0,0,1/2) (1/2,0,0) (0,1/2,0) (1/2,1/2,1/2) 结构基元为NaCl(4个)。
(两种离子的坐标可以互换)
0
r 2 1 0.155 r 3
小球在此空隙中既不滚动也不撑开时。
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第九章 离子化合物的结构化学
② 四配位
CN 4
正四面体空隙
2a 2r
3a 2(r r )
3 3 (r r ) a ( 2r ) 1.225r 2 2
1 Cl2(g) →Cl(g) 2
Cl(g)+e →Cl-(g)
Na(s)+1/2Cl2→NaCl(s) ΔHf(生成热)=-410.9 kJ.mol-1 U =ΔHf – S – I – D - Y = -785.6 kJ/mol
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第九章 离子化合物的结构化学
利用玻恩—朗德理论计算
第九章 离子化合物的结构化学
二、离子极化、键型变异与结晶化学定律
离子极化和键型变异
无外场时,离子是球形的,外层价电子云 为球形,正负电荷重心落在核上,若将离子放 入外场中,在电场作用下,电子云要发生变形
,正负电荷中心被拉开,产生诱导偶极。
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第九章 离子化合物的结构化学
在电场作用下产生的离子电子云变形的现象 称为离子的极化。 离子不但在外电场作用下可以产生极化,而 且在离子型晶体中,正、负离子彼此能互相极化
(两种离子的坐标可以互换)
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第九章 离子化合物的结构化学
A1(立方面心)密堆积, 2离 Zn S 子钻入其中正四面体一半空隙中。
2 作等径球的
正、负离子配位数比为:
CN : CN 4 : 4
CdS, CuCl, AgI, SiC,BN 等属ZnS型。
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第九章 离子化合物的结构化学
六方ZnS(纤维锌矿) 属于六方点阵, 原子分数坐标: S2- : (0,0,0) (2/3,1/3,1/2) Zn2+ : (0,0,5/8) (2/3,1/3,1/8) S2- : (0,0,0) (2/3,1/3,1/2) Zn2+ : (0,0,3/8) (2/3,1/3,7/8)
MgS
MgSe
260(260.17)
273(272.5)
MnS
MnSe
259(261.18)
273(272.4)
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第九章 离子化合物的结构化学
正、负离子间的接触情况有如下三种形式:
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结构基元为ZnS(2个)。
第九章 离子化合物的结构化学
A3堆积, 2钻入其中正四面 Zn S 体空隙中。根据A3型堆积的球数:八面体空隙数 :四面体空隙数=1:1:2的关系可知,有一半四面 体空隙未被占据。
2 作等径球的
正、负离子配位数比为: CN : CN 4 : 4 属于六方ZnS结构的化合物有Al, Ga, In的氮化物, 一价铜的卤化物,Zn, Cd, Mn的硫化物,硒化物 。
(两种离子的坐标可以互换)
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第九章 离子化合物的结构化学
作等径球的简单立方堆积, Cs 离子钻 Cl 入其中正六面体空隙。 正、负离子配位数比为:
CN : CN 8 : 8
CsBr, CsI, NH4Cl, NH4Br 等属CsCl型。
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第九章 离子化合物的结构化学
第九章 离子化合物的结构化学
离子化合物是指由正负离子结合在一起形成
的化合物,它一般由电负性较小的金属元素与电 负性较大的非金属元素构成。
§9-1 离子键及典型离子晶体结构
一、离子键的特点
正负离子通过静电引力形成离子键,所以,
离子键的本质是库仑力。
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第九章 离子化合物的结构化学
通常正负离子都具有球形对称的电子云,故 离子键没有方向性和饱和性。
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第九章 离子化合物的结构化学
CaF2型(萤石)
属于立方面心点阵, 原子分数坐标: Ca2+ : (0,0,0) (1/2,1/2,0) (1/2,0,1/2) (0,1/2,1/2) F- : (1/4,1/4,1/4) (3/4,1/4,1/4) (1/4,3/4,1/4) (1/4,1/4,3/4) (3/4,3/4,1/4) (3/4,1/4,3/4) (1/4,3/4,3/4) (3/4,3/4,3/4)
。如果阴离子也易被极化,则正负离子相互极化
,电子云产生较大的变形。这时,离子键就转化
为共价键,这种现象被称为键型变异现象。
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第九章 离子化合物的结构化学
哥希密特结晶化学定律
哥希密特指出:“晶体的结构型式主
要取决于组成晶体的原子、离子或原子团
的相对数量关系、相对大小关系及相互极 化性能三个因素。”
因负离子较大,正离子较小。故离子化合
物的结构可以归结为不等径圆球密堆积的几何问
题。具体处理时可以按负离子先进行密堆积,正
离子填充其中的空隙。
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第九章 离子化合物的结构化学
二、几种典型的离子晶体的结构
CsCl型 属于简单立方点阵,结构基元为一个CsCl。 原子分数坐标: Cl- : (0, 0, 0) Cs+ : (1/2, 1/2, 1/2)
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第九章 离子化合物的结构化学
表9-2离子极化与离子键型改变实例
极化的结果使晶体的构型及键型均发生了变化。
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第九章 离子化合物的结构化学
§9-3 离子半径
离子半径是一个非常有用但无确切定义的概
念。因为电子在核外的分布是连续的,并无截然
确定的界限。所以离子半径的数值也是与所处的
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结构基元为CaF2(4个)。
第九章 离子化合物的结构化学
CaF2的结构可看作Ca2+采取A1最密堆积, F-填充在全部八面体空隙中。 正、负离子配位数比为:
CN : CN 8 : 4
SrF2, UO2, HgF2等晶体属CaF2型,而Li2O, Na2O, Be2C等晶体属反萤石型,即正离子占据F离子位置,负离子占据Ca2+的位置。
从库仑定律出发,根据静电作用可推到出点 阵能的公式:
Z Z e AN 0 1 U (1 ) 40 R0 m 1.3894 10 R0
M—玻恩指数。
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其中,R0—正负离子间的距离;A—Medelung常数;
第九章 离子化合物的结构化学
Born指数与离子的电子层结构类型有关。
若晶体中正、负离子的电子层结构属于不同类
型,则 m取它们的平均值。
Medelung常数,它决定于晶体结构类型。 马德隆利用求无限级数和的数学方法计算了各 种构型的离子化合物的值,见书p326表10.2.1。
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第九章 离子化合物的结构化学
例题 NaCl晶体,实测晶胞参数 a 5.678 A。计 算其点阵能。 解:
特定条件(环境)有关的。实验结果直接给出的
是晶胞参数和点阵型式等信息,通过这些信息可 以推知正、负离子间的距离(即r++ r- )。
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第九章 离子化合物的结构化学
一、哥希密特半径(接触半径)
表9-3 一些 NaCl 型晶体的晶胞参数/pm 晶体 MgO (a/2) 210(210.56) 晶体 MnO (a/2) 224(222.24)
r 0.732 r
⑤十二配位
CN 12
r 相当于金属晶体的等径球密堆积。 r 1
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第九章 离子化合物的结构化学
表9-1 配位多面体的极限半径比
配位多面体 平面三角形 四面体 八面体 配位数 半径比(r+/r-)min 0.155 0.225 0.414
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第九章 离子化合物的结构化学
Na Cl 作等径球的 A1(立方面心)密堆积, 离
子钻入其中正八面体空隙。 正、负离子配位数比为:
CN : CN 6 : 6
LiH, LiF, LiCl, NaF, NaBr, NaI, CaO,CaS,
BaS 等都属于NaCl型。
r 0.225 r
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第九章 离子化合物的结构化学
③ 六配位
CN 6
正八面体空隙
2(r r ) 2 2r
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r 0.414 r
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第九章 离子化合物的结构化学
④八配位
CN 8
立方体空隙
2(r r ) 3 2r
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第九章 离子化合物的结构化学
立方ZnS和六方ZnS是非常重要的两种晶体
结构。已投入使用的半导体除Si、Ge单晶为金刚
石型结构外,III-V族和II-VI族的半导体晶体都
是ZnS型,且以立方ZnS型为主。例如:GaP,
GaAs, GaSb,InP, InAs, InSb, CdS, CdTe, HgTe。
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第九章 离子化合物的结构化学