鲍林规则.离子晶体结构

鲍林规则；典型的离子晶体结构1.离子晶体(ioniccrystal)：由正、负离子通过离子键或离子键和共价键的混合建按一定方式堆积起来而形成的晶体。2.离子半径(ionicradius)：每个离子周围存在着一个一定大小的球形力的作用圈，其它离子不能进入这个作用圈，这种作用圈的半径。3.离子晶体配位数CN(coordinationnumber)：最邻近且等距的异号离子数。取决于正负离子的半径比r+/r-，常见的是4、6、8。4.负离子配位多面体：离子晶体中正离子周围配位负离子中心连线构成的多面体称负离子配位多面体。6.离子堆积：离子晶体通常由负离子堆积成骨架，正离子按其自身大小居于相应负离子空隙（负离子配位多面体）7、四面体空隙：由四个球体围成的空隙,球体中心线围成四面体形8、八面体空隙：由六个球体围成的空隙,球体中心线围成八面体形。离子晶体有关概念1．负离子配位多面体规则（鲍林第一规则）在离子晶体结构中，每个正离子周围都形成一个负离子配位多面体；正负离子间的平衡距离取决于正负离子的半径之和，正离子配位数取决于正负离子半径之比。2．电价规则（鲍林第二规则）其中Si为第i种正离子静电键强度，Z+为正离子的电荷，n为其配位数。静电键强度实际是离子键强度，也是晶体结构稳定性的标志。在一个稳定的离子型晶体结构中，每一个负离子的电价Z-应该等于（或近似等于）其邻近的正离子到该负离子的各静电键强度S的总和iinZSZ)(。3．负离子多面体共用顶点、棱和面规则（鲍林第三规则）在一配位结构中，配位多面体共用棱，特别是共用面的存在，会降低这个结构的稳定性，特别是对高电价低配位的正离子，这个效应更显著。1.000.580.331.000.710.584．不同种类正离子配位多面体间连接规则（鲍林第四规则）在含有一种以上正离子的晶体中，电价大，配位数小的那些正离子之间，有尽量互不结合的趋势（特别倾向于共顶相连）。如硅酸盐晶体M2S，存在[MgO6]八面体，[SiO4]四面体，∵Si4+-Si4+斥力＞Mg2+-Mg2+∴[SiO4]孤立存在，[SiO4]与[MgO6]共顶，共棱相连，结构才稳定。5．节约规则（鲍林第五规则）在同一晶体中，同种正离子与同种负离子的结合方式应最大限度地趋于一致。小结第一规则：由r+/r-→正离子的配位数（四面体，八面体）第二规则：由电中性→配位多面体间连接方式（几个多面体相连）第三规则：配位多面体间怎样连接最稳定。第四规则：有几种正离子时，电价大，配位数小的正离子配位多面体，尽量互不连结第五规则：配位多面体类型趋于最少。适用范围：适用于结构简单的离子晶体，也适用于结构复杂的离子晶体及硅酸盐晶体。一、AB型化合物结构1、CsCl晶体结构1)鲍林规则①第一规则0.169,0.181,0.933CsClrrnmrnmr0.732，CN=8，Cs+-Cl-→[CsCl8]立方体。典型离子晶体结构②第二规则11,1,888ZSiiCN，Cl-周围有8个Cs+,8个[CsCl8]立方体共顶相连。③第三规则8个[CsCl8]共棱，共面相连，实际[CsCl8]共面相连2)结构特点：可见：CsCl晶体结构是Cl-作简单立方堆积，Cs+充填在全部立方体间隙中，CsCl属立方晶系，简单立方点阵，Pm3m空间群，晶格常数a0=0.411nm，两套格子穿插而成，相差1/2单位每个晶胞中含有一个CsCl分子。(3)属于CsCl结构:CsBr，CsI③第三规则：八面体可共棱，共面连接，实际共棱相连1）鲍林规则：①第一规则：0.095,0.181,NaClrnmrnm0.525rr，0.414-0.732，CN=6，Na+-Cl-→[NaCl6]八面体。②第二规则，11,1,666ZSiiCN，Cl-周围有6个Na+，6个[NaCl6]共顶相连。③第三规则，八面体可共棱、共面，实际共棱相连２、NaCl型结构1）鲍林规则：①第一规则：0.095,0.181,NaClrnmrnm0.525rr，0.414-0.732，CN+=6，Na+-Cl-→[NaCl6]八面体。②第二规则，11,1,666ZSiiCN，Cl-周围有6个Na+，6个[NaCl6]共顶相连。③第三规则，八面体可共棱、共面，实际共棱相连+-2)结构特点：Cl-作立方密堆，Na+占据所有八面体空隙，立方晶系，面心立方点阵，Fm3m空间群，两套面心立方点阵穿插构成，每个晶胞含有4个NaCl分子。3)属于NaCl结构二价金属氧化物MgO、CaO、SrO、BaO、CdO、MnO、FeO、CoO、NiO，还有氮化物，碳化物等，氧化物中，O2-离子相当Cl-，占据Cl-位置。二、AB2型化合物结构1萤石（CaF2）型结构(1)鲍林规则①20.106,0.133CaFrnmrnm，75.0rr，0.732~1，CN=8，Ca2+-F-→[CaF8]立方体②211,1,4844ZSiiCN。每个F-同时与4个Ca2+形成静电键，四个[CaF8]共顶相连③[CaF8]立方体可以共棱和共面相连，实际上共棱相连(2）结构特点立方晶系,面心立方点阵，把Ca2+作立方堆积，F-占据全部四面体空隙，若F-作立方堆积，Ca2+只占据一半的立方体空隙。•从空间格子观点看，一套Ca2+面心立方格子与两套F-面心立方格子穿插而成。晶胞内有4个CaF2分子。(3）反萤石型结构一些碱金属氧化物Li2O、Na2O、K2O结构中的正、负离子分布刚好与CaF2相反，阳离子占据F-位置，O2-占据Ca2+位置。(4)属于CaF2型结构有UO2、ThO2等，c-ZrO2可认为是扭曲了的CaF2型结构。（5）萤石用途钢铁工业，每熔炼一吨铁，需萤石6～9公斤，每生产一吨钢，需萤石2～9公斤,萤石的主要作用是与其它的造渣材料，生成低熔点物质，即降低渣的熔点，提高渣的流动性,促进钢渣界面反应，脱S/P。2、金红石（TiO2）型结构1鲍林规则：①420.064,0.132,OTirnmrnm485.0rr，0.414~0.732，CN=6，Ti4+-O2-→[TiO6]八面体②422,2,3633ZSiiCN,每个O2-同时与3个Ti4+形成静电键，3个[TiO6]共顶相连③八面体可共棱，共面连接，实际为共顶+共棱相连（2）结构特点：①四方晶系，简单四方点阵，a=b=0.458nm，c=0.295nm。②O2-近似成六方最紧密堆积，Ti4+填充半数的八面体空隙中，从空间格子观点看，则是四套O，两套Ti的四方原始格子互相穿插而成。③晶胞内有2个分子TiO2。（3）属于TiO2型结构有：GeO2、SnO2、PbO2、MnO2、CoO2、MnF2、FeF2、MgF2等。4+2-（4）性质及应用：TiO2具有较大的折射率(n=2.76),制备高折射玻璃的原料。TiO2具有较大的介电常数，电容器瓷料。涂料（白色），它使涂料具有鲜艳的白度、亮度和遮盖力。TiO2有三种变体：金红石、锐钛矿和板钛矿。分析方法：（１）鲍林规则分析，解决多面体形状，几个多面体共几个顶相连，（２）结构特点：晶系，点阵类型，空间群，晶胞，离子排布，密排间隙，格子穿插，晶胞分子数等，（３）属于该结构类型的物质，（４）性质、应用