晶体结构(2, 离子晶体)

2.4 离子晶体结构

陶瓷材料属于无机非金属材料，是由金属与非金属元素通过离子键或兼有离子健和共价键的方式结合起来的。陶瓷的晶体结构大多属离子晶体。

2.4.1 离子晶体的结构规则

1.负离子配位多面体规则

在离子晶体中，正离子的周围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离子半径之和，而正离子的配位数则取决于正负离子的半径比。这是鲍林第一规则。将离子晶体结构视为由负离子配位多面体按一定方式连接而成，正离子则处于负离子多面体的中央，故配位多面体才是离子晶体的真正结构基元。

离子晶体中，正离子的配位数通常为4和6，但也有少数为3，8，12。

2.电价规则

在一个稳定的离子晶体结构中，每个负离子的电价Z-等于或接近等于与之相邻接的各正离子静电强度S 的总和。这就是鲍林第二规则，也称电价规则。

3.负离子多面体共用顶、棱和面的规则

鲍林第三规则指出："在一配位结构中，共用棱特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性。对于电价高，配位数低的正离子来说，这个效应尤为显著。"

4.不同种类正离子配位多面体间连接规则

鲍林第四规则认为："在含有一种以上正负离子的离子晶体中，一些电价较高，配位数较低的正离子配位多面体之间，有尽量互不结合的趋势。"

5.节约规则

鲍林第五规则指出："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。"因为在一个均匀的结构中，不同形状的配位多面体很难有效堆积在一起。

2.4.2 典型的离子晶体结构

离子晶体按其化学组成分为二元化合物和多元化合物。其中二元化合物中介绍AB 型，AB2 型和A2B3型化合物；多元化合物中主要有ABO3型和AB2O4 型。

1.AB型化合物结构

a.CsCl型结构:CsCl型结构是离子晶体结构中最简单的一种，属六方晶系简单立方点阵，Pm3m空间群。CS+和Cl-半径之比为0.169nm/0.181nm＝0.933，Cl-离子构成正六面体，Cs+在其中心，Cs+和Cl-的配位数均为8，多面体共面连接，一个晶胞内含Cs+和Cl-各一个，如图2.32所示。

离子晶体、分子晶体和原子晶体

[学法指导]

在学习中要加强对化学键中的非极性键、极性键、离子键、晶体类型及结构的认识与理解；在掌握微粒半径递变规律的基础上，分析离子晶体、原子晶体、分子晶体的熔点、沸点等物理性质的变化规律；并在认识晶体的空间结构的过程中，培养空间想象能力及思维的严密性和抽象性。

同时，关于晶体空间结构的问题，很容易与数学等学科知识结合起来，在综合题的命题方法具有广阔的空间，因此，一定要把握基础、领会实质，建立同类题的解题策略和相应的思维模式。

[要点分析]

一、晶体

固体可以分为两种存在形式：晶体和非晶体。

晶体的分布非常广泛，自然界的固体物质中，绝大多数是晶体。气体、液体和非晶体在一定条件下也可转变为晶体。

晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体。晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列，从而使晶体内部各个部分的宏观性质是相同的，而且具有固定的熔点和规则的几何外形。

NaCl晶体结构

食盐晶体 金刚石晶体 金刚石晶体模型 钻石

C60分子

二、晶体结构

1．几种晶体的结构、性质比较

类型 离子晶体 原子晶体 分子晶体

构成微粒 阴、阳离子 原子 分子

相互作用 离子键 共价键 分子间作用力

硬度 较大 很大 很小

熔沸点 较高 很高 很低

导电性 溶液或熔化导电 一般不导电 不导电

溶解性 一般易溶于水 难溶水和其他溶剂 相似相溶

典型实例 NaCl、KBr等 金刚石、硅晶体、SiO2、SiC 单质：H2、O2等

化合物：干冰、H2SO4

2．几种典型的晶体结构：

（1）NaCl晶体（如图1）：每个Na+周围有6个Cl-，每个Cl-周围有6个Na+，离子个数比为1：1。

（2）CsCl晶体（如图2）：每个Cl-周围有8个Cs+，每个Cs+周围有8个Cl-；距离Cs+最近的且距离相等的Cs+有6个，距离每个Cl-最近的且距离相等的Cl-也有6个，Cs+和Cl-的离子个数比为1：1。

1 离子晶体

一、选择题

1．下列叙述正确的是( )

A．离子晶体中一定含有活泼金属阳离子

B．离子晶体都是化合物

C．固态不导电、溶于水能导电，这一性质能说明某晶体一定是离子晶体

D．离子晶体一般具有较低的熔点

2．共价键、离子键和范德华力是构成物质粒子间的不同作用方式，下列物质中，只含有上述一种作用的是( )

A．干冰 B．氢氧化钠

C．氯化钠 D．碘

3．下列晶体分类中正确的一组是( )

选项 离子晶体 原子晶体 分子晶体

A NaOH Ar SO2

B H2SO4 石墨 S

C CH3COONa 水晶 I2

D Ba(OH)2 金刚石 玻璃

4．下列热化学方程式中，能直接表示出氯化钠晶格能的是( )

A．Na＋(g)＋Cl－(g)===NaCl(s) ΔH1

B．Na(s)＋Cl(g)===NaCl(s) ΔH2

C．2Na＋(g)＋2Cl－(g)===2NaCl(s) ΔH3

D．Na(g)＋Cl(g)===NaCl(s) ΔH4

5．氧化钙在2 973 K时熔化，而氯化钠在1 074 K时熔化，两者的离子间距离和晶体结构类似，下列有关它们熔点差别较大的原因的叙述中不正确的是( )

A．氧化钙晶体中阴、阳离子所带的电荷数多

B．氧化钙的晶格能比氯化钠的晶格能大

C．氧化钙晶体的结构类型与氯化钠晶体的结构类型不同

D．在氧化钙与氯化钠的离子间距离类似的情况下，晶格能主要由阴、阳离子所带电荷的多少决定

6．已知某离子晶体晶胞如图所示，其摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，晶体的密度为d g·cm －3。

下列说法正确的是( )

A．晶体晶胞中阴、阳离子的个数都为1

B．晶体中阴、阳离子的配位数都是4 2 C．该晶胞可能是NaCl的晶胞

D．该晶体中两个距离最近的阳离子的核间距为34MNA·d cm

7．下列关于氯化铯晶体的叙述中，不正确的是( )

晶体结构的分类

晶体是由原子、离子或分子有序排列而形成的固体物质。它们的结构可以根据晶体中原子的排列方式进行分类。下面将介绍晶体结构的几种常见分类。

1. 共价晶体

共价晶体由共价键连接的原子或分子构成。共价键的形成依赖于原子间电子的共享。这种晶体通常具有高熔点和硬度，如金刚石和石英。在共价晶体中，原子或分子沿着晶胞内构成三维排列。

2. 离子晶体

离子晶体是由正离子和负离子通过离子键结合而形成的固体。正负离子之间的电荷吸引力使晶体保持稳定。离子晶体通常具有高熔点和脆性。最常见的离子晶体是盐，例如氯化钠。在离子晶体中，正负离子按照比例均匀地排列在晶胞中。

3. 金属晶体

金属晶体是由金属元素的原子组成。金属晶体具有可变的导电性和可形变性。金属晶体的特点是原子间的金属键，通过电子云形成。这些电子云是自由移动的电子，使得金属晶体具有良好的导电性和热导性。金属晶体通常以球形或立方形排列。

4. 分子晶体 分子晶体是由分子之间的弱范德华力相互作用而形成的晶体。这种晶体通常具有较低的熔点和易溶性。分子晶体的结构取决于分子的形状和大小。分子通常在晶体中排列成规则的网格，如冰。

5. 复合晶体

复合晶体是由不同类型的原子、离子或分子组成的晶体。它们通常具有混合晶体结构，也就是说，晶胞中的原子或离子具有不同的组合方式。复合晶体可以是金属与非金属的混合物，例如铜铁合金。

在实际应用中，晶体的分类可以更加复杂，并且还有其他种类的晶体，如有机晶体、半导体晶体等等。晶体结构的分类有助于我们理解和研究不同材料的性质和行为。

总结：

晶体结构的分类包括共价晶体、离子晶体、金属晶体、分子晶体和复合晶体。这些分类基于晶体中原子、离子或分子的排列方式。了解晶体的结构分类有助于我们深入了解材料的性质和特点，从而实现更好的应用和研究。