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离子键和离子化合物         ★★★ 【字体:
离子键和离子化合物
作者:佚名    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2004-10-4    

氯化钠(NaCl)是最典型的离子化合物,它是食盐的主要成分。它易溶于水,熔点较高(801℃),熔融状态的氯化钠能导电,电解产物是金属钠和氯气:

反之,金属钠在氯气中燃烧,Na和Cl2就化合生成NaCl。那未钠原子和氯原子之间是靠什么样的作用力相结合的呢?从原子核外电子结构看,化学性质很稳定的稀有气体如氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)等亦称惰性气体,它们的外层电子结构都是s2p6,也可以说s2p6(八电子)是一种稳定的电子结构。从附录1,可知,钠原子和氯原子的核外电子排布分别是:

钠原子失去3s1电子而成钠离子Na+2),这是稳定的s2p6全充满状态。而氯原子获得1个电子则成氯离子Cl-1s22s22p63s23p6),这也是稳定的s2p6状态。带正电的Na+和带负电的Cl-借静电作用力相结合,这种强烈的静电作用力称为离子键,由离子键结合成的化合物叫离子化合物,得电子或失电子的数目叫电价数。氯化钠晶体实际上就是这些Na+Cl-相间配置而成,见图3-1(a)。可以将正负离子近似看成球形,每个离子都尽可能多地吸引异号离子而紧密堆积,见图3-1(b)。

IA主族碱金属原子核外层都有s1电子,都容易失去一个电子而成+1价的正离子,而ⅦA主族卤素原子核外电子结构是s2p5,它们都容易得到一个电子而成-1价负离子。所以碱金属和卤素借离子键形成离子化合物,如氯化钾(KCl)、氯化铯(CsCl)、氟化铯CsF)、溴化钾(KBr)等。随正负离子半径大小不同离子的堆积方式有所差别。如铯原子比钠原子大,所以每个Cs+的周围可以配置8个Cl,而1个Na+的周围只能配置6个Cl-

氯化镁的化学式是MgCl2而不是MgCl,氧化镁的化学式不是MgO2,而是MgO,这从核外电子排布、化学键的价数考虑,都是容易理解的:

Mg失去2个3s电子,成为2s22p6稳定结构,而O得2个电子,也形成2s22p6结构,所以Mg2+O2-形成MgO,而Cl得1个电子即可形成3s23p6结构,所以Mg2+可以和2个Cl-化合而成MgCl2

原子的电负性表明原子对成键电子吸引能力的大小,参看表1-7,周期表里位于右上方的非金属电负性较大,位于左下方的金属电负性较小。电负性差别越大的原子间越容易形成离子化合物。如NaCl,CsCl,CaF2等都是典型的离子化合物。

正负离子间的静电作用力是很强的,室温下离子化合呈固态,熔点都较高(NaCl的熔点是801℃,CsCl是646℃,CaF21360℃)。熔融状态的离子化合物可以导电。

离子键的强度可用晶格能(U)的大小来衡量,晶格能是指1mol离子晶体解离成自由气态离子所吸收的能量。如NaCl的晶格能为786kJ·mol-1,即

CsCl的晶格能为657kJ·mol-1CaF2则是2609kJ·mol-1。晶格能的大小与正负离子电荷数成正比,与正负离子间的距离成反比。晶格能越大,即正负离子间的结合力越强,所以晶体的熔点就越高,硬度也越大。表3-1列举了几种离子晶体中电荷数(z),离子间距离(r0)与晶格能、熔点、硬度的关系。

*晶格能可以用实验数据间接计算,也可以做理论计算。硬度标准分10级,等级越高,表示物质越硬。如金刚石的硬度为10级,石英(SiO2)为7级,方解石(CaCO3)为3级等。


 




尹炼.能源的地位、问题、对策——对我国新能源战略的评估与对策探讨,科技导报,19937):
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