《物质结构与性质》——21、离子晶体

第三章  晶体结构与性质

第三节　金属晶体与离子晶体

二、离子晶体

1、离子晶体的概念

离子晶体是由阳离子和阴离子相互作用形成的晶体。

构成粒子：阴离子和阳离子。但大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子，而是原子团（如NH4+、NO3-、SO42-、O22-等），有的还存在电中性分子(如H2O、NH3等)。

例如，CaCO3、K2SO4、(NH4)2SO4、CuSO4·5H2O、Cu(NH3)4SO4·H2O等。

晶体中粒子的相互作用：主要是较强的离子键。阳离子、阴离子之间以离子键结合，原子团和分子内有共价键，有分子的还存在氢键。有分子的离子晶体还存在范德华力，只是作用力很弱，一般不提及。

2、常见的离子晶体

离子晶体的种类很多，结构复杂。

（1）大部分的盐。如，NaCl、CsCl、CaCO3、KNO3、NH4Cl等。

（2）碱性较强的碱。如，NaOH、Ca(OH)2等。

（3）较活泼的金属氧化物。如，Na2O、CaO等。

（4）其它，如NaH、Mg3N2、CaC2等，以及一些配位化合物。

3、离子晶体的物理性质

离子键是一种较强的化学键，要破坏它一般需要消耗较多的能量。

（1）硬度较大，难于压缩。

（2）熔点和沸点较高。如，NaCl的熔点801℃、沸点1413℃，CsCl的熔点645℃、沸点1290℃。

（3）晶体不导电，但在熔融状态或水溶液中能导电。要注意有些离子晶体不溶于水。

（4）很多能溶于水，但也有一些在水中的溶解度小。

一般，离子所带的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，则对应的离子晶体熔点、沸点越高，硬度越大。  

4、典型离子晶体的结构

以NaCl和CsCl两种较典型的离子晶体为例。

NaCl的晶胞（上面左图）是立方体，Cl-在8个顶点和6个面心，Na+在12个棱心和1个体心，一个晶胞中含有4个Cl-和4个Na+。Na+周围紧邻的Cl-为6个，即配位数为6；Cl-周围紧邻的Na+为6个，即配位数为6。这6个Cl-或Na+刚好构成一个正八面体（见下图）。化学式只表示离子数目比，整个晶体显电中性。

CsCl的晶胞（上面右图）也是立方体，Cl-在8个顶点，Cs+在体心，一个晶胞中含有1个Cl-和1个Cs+。Cs+周围紧邻的Cl-为8个，即配位数为8；Cl-周围紧邻的Cs+为8个，即配位数为8。这8个Cl-或Cs+刚好构成立方体（见下图）。化学式只表示离子数目比，整个晶体显电中性。

注意：两种晶胞都可将阳离子、阴离子互换位置。CsCl的晶胞是小立方体，NaCl的晶胞是大立方体，包括8个小立方体。

思考：

NaCl的熔点为801 ℃，CsCl的熔点为645 ℃，试解释其原因。

Na＋、Cs＋所带电荷一样，但Na＋的半径小于Cs＋的半径，NaCl中的离子键强于CsCl中的离子键，所以NaCl的熔点高于CsCl的熔点。

金属的熔点差异很大，如钨的熔点3410℃，而常温下汞却是液体。离子晶体的熔点是不是也差异很大，填写下表，分析原因。  

从数据可以看出离子晶体的熔点差异也很大，一般离子晶体的熔点由晶格能决定。离子所带的电荷数越多，离子半径越小，离子键越强，晶格能越大，形成的晶体硬度越大、熔点越高。

小结：

离子晶体的概念。

常见的离子晶体：大部分盐、强碱、活泼金属氧化物等。  

物理性质：硬度较大，熔点较高但差异大，熔融物和水溶液能导电。

NaCl、CsCl的晶胞。