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三.离子堆积规则


在离子晶体中,正离子尽量与较多的负离子接触,负离子也尽量与较多的正离子接触,使体系的能量尽可能地降低,晶体趋于稳定。因为负离子半径都较大,而正离子半径较小,所以正离子只能嵌在负离子堆积的空隙中。这种镶嵌关系显然受到正负离子比 R/R的制约。

例如: 3个负离子与 1个正离子接触情况,如图 9-7所示:

图9-7

第一种情况,正离子较大,正负离子接触,负离子不接触。第二种情况,正负离子、负离子之间都接触。第三种情况,正离子较小,负离子之间接触,正负离子不接触。

我们取第二种情况来讨论, 3个负离子核心位置形成一个等边三角形,故有: R/(R+R)=sin60°= /2

那么 (R+R)/R=2/

R/R 2/ 1 0.155

即正负离子比等于或大于 0.155时,正离子配位数为 3

用同样方式,我们可以算出配位四面体,配位八面体正负离子半径比 R/R

正离子配位数为 6的八面体,在一个平面上即 4个负离子排成正方形包围着正离子, 2个负离子半径和为晶胞边长,2 R=a

2倍的正负离子半径和为面对角线 2 R R)= a

                                                   2 R R /2R a/a

                                                   R/R 1        R/R 0.414

R/R 0.414时,正离子处于八面体空隙中,配位数为 6,当 R/R大到 0.732时,则正离子会选择立方体空隙,使配位数达到 8

9-3  离子半径比和配位多面体的关系

R /R

配位数

配位多面体

0.155~ 0.225

3

三角形

0.225~ 0.414

4

四面体

0.414 0.732

6

八面体

0.732 1.00

8

立方体

>1.00

12

最密堆积

已知离子半径和表 9-4结果,可以推测配位数及离子晶体结构类型。例如:

R (K ) 133pm      R(Cl) 181pm

R /R 0.732

    若晶体结构测定 KCl晶体为立方面心点阵,则根据 R /R可判断 K填在 Cl的八面体空隙中,取 NaCl型晶体结构。

 

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