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離子晶體
回顧：三種晶體類型與性質的比較
晶體類型 原子晶體 分子晶體 金屬晶體
概念 相鄰原子之間以共價鍵相結合而成具有空間網狀結構的晶體 分子間以范德華力相結合成的晶體 通過金屬鍵形成的單質晶體
作用力 共價鍵 范德華力 金屬鍵
構成微粒 原子 分子 金屬陽離子和自由電子
物 理 性 質 熔沸點 很高 很低 差別較大
硬度 很大 很小 差別較大
導電性 無（硅為半導體） 無 導體
實例 金剛石、二氧化硅、晶體硅、碳化硅 Ar、S等 Au、Fe、Cu、鋼鐵等
晶體 氯化鈉 干冰 金剛石
熔 點 （℃） 801 -56.2 3550
材料：
思考：
為什么氯化鈉的物理性質與干冰、金剛石如此不同？
Na+ Cl-
+17
+17
+11
+11
Na
Cl
Cl-
Na+
2Na + Cl2 == 2NaCl
強堿、活潑金屬氧化物、大部分的鹽類。
1、定義：
由陽離子和陰離子通過離子鍵結合而成的晶體。
2、組成粒子：
陰、陽離子
3、微粒間的作用力：
離子鍵
4、常見的離子晶體：
一、離子晶體
離子晶體中的化學鍵除離子鍵外還可能有共價鍵，但離子晶體微粒間的作用力只能是離子鍵。
5、晶胞類型：
（1）氯化鈉型晶胞
1° 鈉離子和氯離子的位置：
①鈉離子和氯離子位于立方體的頂角上，并交錯排列。
②鈉離子：體心和棱中點；
氯離子：面心和頂點，或反之。
2° 每個晶胞含鈉離子、氯離子的個數：
3° 與Na+等距離且最近的Na+ 有：
12個
---Cl-
--- Na+
NaCl的晶體結構模型
4°與Na+等距離且最近的Cl 有：6個
（配位數）
NaCl晶體中陰、陽離子配位數
陰、陽離子配位數均為6
NaCl晶胞的結構特點：
①Na+占據立方體的8個頂點和6個面心，Cl-占據體心和12個棱的中點；（或二離子交換）
②陰、陽離子配位數均為6
③每個Na+ 周圍最近的等距離的Na+ 有12個，每個Cl- 周圍最近的等距離的Cl- 有12個；
④不存在單個的NaCl分子，每個晶胞平均含Na+ 和Cl-各4個。化學式NaCl僅表示該離子晶體中陰、陽離子的個數比為1：1.
（2）氯化銫型晶胞
1° 銫離子和氯離子的位置：
銫離子：體心
氯離子：頂點；或者反之。
2° 每個晶胞含銫離子、氯離子的個數：
3° 與銫離子等距離且最近的銫離子、氯離子各有幾個？
銫離子：6個；氯離子：8個(配位數)
均為1個
---Cs+
---Cl-
CsCl晶體及晶胞結構示意圖
(2)氯化銫晶胞的結構特點：
① 每8個Cs+ 、8個 Cl- 各自構成一個立方體（頂點），在每個立方體的中心有一個異種離子；
②陰、陽離子配位數均為8
③每個Cs+ 周圍最近的等距離的Cs+ 有6個，每個Cl- 周圍最近的等距離的Cl- 有6個；
④不存在單個的CsCl分子，每個晶胞平均含Cs+ 和Cl-各1個。化學式CsCl僅表示該離子晶體中陰、陽離子的個數比為1：1.
(3)CaF2型晶胞
2° Ca2+的配位數：
F-的配位數：
1° 一個CaF2晶胞中含：
4個Ca2+和8個F
8
4
(2)氟化鈣晶胞的結構特點：
① 8個Ca2+ 占據立方體8個頂點，6個Ca2+占據立方體的6個面心，8個F-在立方體內；
②Ca2+的配位數為8，F-的配位數為4；
③不存在單個的CaF2 分子，每個晶胞平均含4個Ca2+ 和8個F-。化學式CaF2 僅表示該離子晶體中陰、陽離子的個數比為2:1
(4)ZnS型晶胞
2° 陽離子的配位數：
陰離子的配位數：
1° 一個ZnS晶胞中含：
4個陽離子和4個陰離子
4
4
(2)硫化鋅晶胞的結構特點：
① 8個Zn2+ 占據立方體8個頂點，6個Zn2+占據立方體的6個面心，4個S2-在立方體內；
②陰、陽離子的配位數均為4；
③不存在單個的ZnS 分子，每個晶胞平均含Zn2+ 和S2-各4個。化學式ZnS 僅表示該離子晶體中陰、陽離子的個數比為1:1
科學探究：
找出NaCl、CsCl兩種離子晶體中陽離子和陰離子的配位數，它們是否相等？
離子晶體 陰離子的配位數 陽離子的配位數
NaCl
CsCl
6
6
8
8
思考：離子鍵有無方向性和飽和性？
無
科學探究：
你認為是什么因素決定了離子晶體中離子的配位數？根據下表分析影響離子晶體中離子配位數的因素。
配位數 4 6 8
半徑比 0.23~0.41 0.41~0.73 0.73~1.0
空間構型 ZnS NaCl CsCl
晶體中正負離子的半徑比（r+/r-）是決定離子晶體結構的重要因素
離子晶體 陰離子的配位數 陽離子的配位數
NaCl 6 6
CsCl 8 8
ZnS 4 4
CaF2 4 8
你認為是什么因素決定了離子晶體中離子的配位數？根據下表分析影響離子晶體中離子配位數的因素。
正負離子電荷（絕對值）相同，陰、陽離子的配位數相等；正負離子電荷（絕對值）不相同，陰、陽離子的配位數必不相等。（電中性）
6、決定離子晶體結構的因素
（1）幾何因素
晶體中正負離子的半徑比
（2）電荷因素
晶體中正負離子的電荷比
（3）鍵性因素（不討論，只記住結論）
離子鍵的純粹程度
分析下表中數據，總結離子晶體的物理性質及其規律
物質 熔點/℃ 硬度
NaF 993 3.2
NaCl 801 2.5
NaBr 747 ＜2.5
NaI 661 ＜2.5
MgO 2852 6.5
CaO 2614 4.5
SrO 2430 3.5
BaO 1918 3.3
H2O 0 很小
（1）熔沸點較高，難揮發；隨著離子電荷的增加，核間距離的縮短，熔點升高。
（2）硬度較大，且脆。
（3）一般易溶于水，而難溶于非極性溶劑。
（4）固態不導電，水溶液或者熔融狀態下能導電。
7、離子晶體的物理性質：
科學視野：離子晶體碳酸鹽的分解
可見，金屬陽離子半徑越小，與氧離子間的離子鍵越強，其碳酸鹽的分解溫度越低.
如何說明離子晶體的穩定性呢？
二、晶格能
1、定義：
氣態離子形成單位物質的量的離子晶體時釋放的能量。通常取正值。
單位：kJ/mol
仔細閱讀課本P80表3—8及下表，分析晶格能的大小與離子晶體的熔點有什么關系？離子晶體的晶格能與哪些因素有關？
氟化物 晶格能/kJ·mol-1
NaF 923
MgF2 2957
AlF3 5492
離子半徑越小，所帶電荷越多，晶格能越大
F- Cl- Br- I-
Li+ 1036 853 807 757
Na+ 923 786 747 704
K+ 821 715 682 649
Rb+ 785 689 660 630
Cs+ 740 659 631 604
某些離子晶體的晶格能/(kJ/mol)
結論：陰、陽離子的半徑和越大，晶格能越小
分析下表中數據，總結晶格能大小與離子晶體物理性質間的關系
AB型離子晶體 離子電荷 晶格能/ (KJ/mol) 熔點/℃ 硬度
NaF 1 923 993 3.2
NaCl 1 786 801 2.5
NaBr 1 747 747 ＜2.5
NaI 1 704 661 ＜2.5
MgO 2 3791 2852 6.5
CaO 2 3401 2614 4.5
SrO 2 3223 2430 3.5
BaO 2 3054 1918 3.3
晶格能越大 ,離子鍵越強
（1）形成的離子晶體越穩定；
（2）熔點越高；
（3）硬度越大。
2、晶格能的大小的影響因素
離子電荷越多，陰、陽離子半徑越小，即離子鍵越強，則晶格能越大。簡言之,晶格能的大小與離子所帶電荷成正比,與離子半徑成反比.
3、晶格能對離子晶體性質的影響:
科學視野：巖漿晶出規則與晶格能
巖漿冷卻時析出晶體按晶格能從高到低的順序依次晶出。即晶格能高的晶體熔點較高，更容易在巖漿冷卻過程中先結晶——巖漿晶出規則。
石英總是在各種硅酸鹽析出后才晶出，主要原因是它的晶格能較小，次要原因是只有各種金屬離子以硅酸鹽析出后，石英的濃度才達飽和。
同學們：
請注意啦！
離子鍵既無方向性，也無飽和性
離子鍵與共價鍵的比較
1． 離子鍵與共價鍵的形成過程不同 　　 　　
離子鍵是原子間得、失電子而生成陰、陽離子，然后陰、陽離子通過靜電作用而形成的；共價鍵是原子間通過共用電子對而形成的，原子間沒有得失電子，形成的化合物中不存在陰陽離子。 　　 　　
2． 離子鍵和共價鍵在成鍵時方向性不同 　　 　　
離子鍵在成鍵時沒有方向性，而共價鍵卻有方向性。我們知道離子鍵是陰陽離子間通過靜電引力形成的化學鍵。由于陰陽離子的電荷引力分布是球形對稱的，一個離子在任何方向都能同樣吸引帶相反電荷的離子，因此離子鍵沒有方向性。而共價鍵卻大不相同，共價鍵的形成是成鍵原子的電子云發生重疊，如果電子云重疊程度越多，兩核間電子云密度越大，形成的共價鍵就越牢固，因此共價鍵的形成將盡可能地沿著電子云密度最大的方向進行。除s軌道的電子云是球形對稱，相互重疊時無方向性外，其余的p、d、f軌道的電子云在空間都具有一定的伸展方向，故成鍵時都有方向性。共價鍵的方向性，決定分子中各原子的空間排布。原子排布對稱與否，對于確定分子的極性有重要作用。
3． 離子鍵和共價鍵在成鍵時飽和性不同 　　 　　
離子鍵沒有飽和性，而共價鍵則有飽和性。離子鍵沒有飽和性是指一個離子吸引相反電荷的離子數可超過它的化合價數，但并不意味著吸引任意多的離子。實際上，由于空間效應，一個離子吸引帶相反電荷的離子數是一定的。如在食鹽晶體中：一個Na+吸引6個Cl-，同時一個Cl-吸引6個Na+。也可以說Na+與Cl-的配位數都是6。共價鍵的飽和性，指共價鍵是通過電子中不成對的電子形成的。一個原子中有幾個未成對電子，就可與幾個自旋方向相反的電子配對形成幾個共價鍵。成鍵后，再無未成對電子，也就再不能形成更多的鍵了。我們知道如果共用電子對處于成鍵的兩個原子中間，是非極性鍵；如果共用電子對稍偏向某個原子，是弱極性鍵；共用電子對偏向某個原子很厲害，則是強極性鍵；共用電子對偏向某個原子太厲害時，甚至失去電子便成為離子鍵了。因此可以說，非極性鍵和離子鍵是共價鍵的兩個極端，而極性鍵則是由非極性鍵向離子鍵過渡的中間狀態。故離子鍵、極性鍵和非極性鍵并無嚴格的界限。也就是說純離子鍵和純共價鍵只是一部分，而大多數鍵則是具有一定程度離子性和共價性的極性鍵。只有同種非金屬原子間的共價鍵，其共價性為100％，不同原子間的鍵則具有一定的離子性。
小結1：四種晶體的比較
晶體類型 離子晶體 原子晶體 分子晶體 金屬晶體
晶體粒子 陰、陽離子 原子 分子 金屬陽離子、
自由電子
粒子間作用力 離子鍵 共價鍵 分子間作用力 金屬鍵
熔沸點 硬度 較高 較硬 很高 很硬 較低 一般較軟 一般較高，少部
分低 ,一般較硬，少部分軟
溶解性 溶于水，難溶于非極性溶劑 難溶解 相似相溶 難溶
導電情況 固體不導電，熔化或溶于水導電 不導電 （除硅） 一般不導電 ，部分溶于水導電 良導體
離子晶體 原子晶體 分子晶體
1.活潑金屬氧化物（K2O、Na2O2） 2.強堿（NaOH、KOH、 Ba(OH )2 3.絕大多數的鹽類 1.金剛石、晶體硅、晶體硼 2. SiC 、 SiO2晶體、 BN晶體 1.大多數非金屬單質: X2,O2,H2, S8,P4, C60 （除金剛石、石墨、晶體硅、晶體硼外）
2.氣態氫化物:
H2O,NH3,CH4,HX
3.非金屬氧化物: CO2, SO2, NO2（除SiO2外）
4.酸:H2SO4,HNO3
5.大多數有機物:乙醇，蔗糖（除有機鹽）
小結2：典型的晶體類別
小結3：晶體熔沸點高低的判斷
⑴不同晶體類型的熔沸點比較
一般：原子晶體>離子晶體>分子晶體（有例外）
⑵同種晶體類型物質的熔沸點比較
①離子晶體：
陰、陽離子電荷數越大，半徑越小
熔沸點越高
金屬晶體熔點差異性太大，一般不納入比較
②原子晶體：
原子半徑越小→鍵長越短→鍵能越大
熔沸點越高
③分子晶體：
相對分子質量越大，分子的極性越大
熔沸點越高
④金屬晶體：
金屬陽離子電荷數越多，半徑越小
熔沸點越高
小結4：判斷晶體類型的方法
1）依據組成晶體的微粒和微粒間的作用力判斷：
構成離子晶體的微粒是離子，作用力是離子鍵；構成原子晶體的微粒是原子，作用力是共價鍵；構成分子晶體的微粒是分子，作用力是分子間作用力。
2）依據物質的分類判斷：
離子化合物是離子晶體；大多數非金屬單質及其氫化物、氧化物、含氧酸、有機物是分子晶體；幾種特殊的非金屬單質、氧化物、互化物為原子晶體。
3）依據晶體的熔點判斷：
小結4：判斷晶體類型的方法（續）
原子晶體硬度大，離子晶體硬度介于原子晶體和分子晶體之間且脆，分子晶體硬度小
5）依據硬度和機械性能判斷：
離子晶體熔融態均導電、溶于水導電；分子晶體為非導體，部分分子溶于水能導電，原子晶體多為非導體，有些為半導體，如：硅、鍺
4）依據導電性判斷：
原子晶體的熔點高，一般在1000℃以上；離子晶體的熔點較高；分子晶體的熔點低，常在幾百度以下甚至更低
謝謝！

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