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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

即 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。

表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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