化学竞赛 离子键

2,离子键的形成条件 ,
(1)元素的电负性差比较大 )
发生电子转移,产生正,负离子, X > 1.7 发生电子转移,产生正,负离子,形成 离子键; 离子键; X < 1.7 不发生电子转移,形成共价键. 不发生电子转移,形成共价键. (X > 1.7 ,实际上是指离子键的成分大于 50 %) )
(2) 易形成稳定离子 ) Na + 2s 2 2p 6,Cl- 3s 2 3p 6 ,
只转移少数的电子就达到稀有气体式稳定结构 只转移少数的电子就达到稀有气体式稳定结构
(3) 形成离子键时释放能量多 )
Na ( s ) + 1/2 Cl 2 ( g ) = NaCl ( s ) H = -410.9 kJmol-1 在形成离子键时,以放热的形式,释放较多的能量. 在形成离子键时,以放热的形式,释放较多的能量.
c ) 同一元素,不同价态的离子,电荷高的半径小. 同一元素,不同价态的离子,电荷高的半径小. 如 Ti 4 + < Ti 3 + ; Fe 3 + < Fe 2 + .
d ) 负离子半径一般较大;正离子半径一般较小 . 负离子半径一般较大;
三, 离子晶体
1, 离子晶体的特点 ,
(1)熔点,沸点较高 )熔点, 正负离子间的静电作用力较强 (2)导电性 ) 水溶液或熔融态导电,是通过离子的定向迁 水溶液或熔融态导电, 移完成的, 移完成的,而不是通过电子流动导电 . (3)无确定的分子量 ) NaCl 晶体是个大分子,晶体中无单独的 晶体是个大分子,晶体中无单独的NaCl 分子存在. 分子存在. NaCl 是化学式,因而 58.5 可以认为是式量, 是化学式, 可以认为是式量, 不是分子量 .
3,离子半径 ,
(1) 离子半径概念 )
r+ d r-
将离子晶体中的离子看成是相切的球体, 将离子晶体中的离子看成是相切的球体,正 负离子的核间距 d 是 r + 和 r- 之和 . d 值可由晶体的 X 射线衍射实验测定得到, 射线衍射实验测定得到, 例如 MgO d = 210 pm .
d = rMg 2 + + rO 2 = 210 pm
二, 离子的特征
影响离子键强度的因素有:离子的电荷 q , 影响离子键强度的因素有: 的因素有 离子的电子层构型和离子半径 离子的电子层构型和离子半径 r (即离子的三个 重要特征) . 重要特征)
1,离子的电荷 ,
电荷高, 电荷高,离子键强
2,离子的电子构型 ,
(1)阳离子离子的电子层构型大致有 种 )阳离子离子的电子层构型大致有5种 2电子构型 如: 电子构型 8电子构型 如: 电子构型 18电子构型 如: 电子构型 (18+2)电子构型 如: ) 9 — 17电子构型 如: 电子构型 在离子的半径和电荷大致相同条件下, 在离子的半径和电荷大致相同条件下,不同构型的正 离子对同种负离子的结合力的大小规律: 离子对同种负离子的结合力的大小规律: 8电子层构型的离子 电子层构型的离子<9—17电子层构型的离子 电子层构型的离子 电子层构型的离子 <18或18+2电子层构型的离子 或 电子层构型的离子 (2)阴离子为 电子构型 )阴离子为8电子构型
(4)硬度高 延展性差 ) 因离子键强度大, 因离子键强度大,所以硬度高 .但受到外 力冲击时,易发生位错, 力冲击时,易发生位错,导致破碎 .
F + - + - + - + - - + - + - + - + 位 错 + - + - + - + - - + - + - + - + 受力时发生错位,使正正离子相切,负负离子相切, 受力时发生错位,使正正离子相切,负负离子相切,彼此 排斥,离子键失去作用, 排斥,离子键失去作用,故离子晶体无延展性 .如 CaCO3 可 用于雕刻,而不可用于锻造,即不具有延展性 . 用于雕刻,而不可用于锻造,
r +/ r- = 0.414
3,离子晶体的 晶格能—判断离子键强弱
晶格能是气态的正负离子, 晶格能是气态的正负离子,结合成 1 mol NaCl 晶体时,放出的能量,用 U 表示. 晶体时,放出的能量, 表示. Na + ( g ) + Cl- ( g ) = NaCl ( s ) H = -U
靠静电作用, 第二步 靠静电作用, 形成化学键 . V 0 Vr0 r0 r 图9-1 体系的势能与核间距之间的关系 r — 核间距;V — 体系的势能 核间距;
Na+ 和 Cl - 彼此接近的过程中,体系势能 V 的变化 彼此接近的过程中, 的变化: 无穷大时, 纵坐标零点 — r 无穷大时,即两核之间无限远时 体系的势能. 体系的势能. r > r0 — 当 r 减小时,正负离子靠静电相互吸 减小时, 减小,体系趋于稳定. 引,势能 V 减小,体系趋于稳定. r = r0 — V 有极小值,此时体系最稳定,表明 有极小值,此时体系最稳定, 形成离子键. 形成离子键. r < r0 — 当 r 减小时,V 急剧上升.因为 Na+ 减小时, 急剧上升. 彼此再接近时, 和 Cl- 彼此再接近时,电子云之间的斥 力急剧增加,导致势能骤然上升. 力急剧增加,导致势能骤然上升.
这种半径为哥德希密特半径 . 1927 年,Pauling 把最外层电子到核的距离,定义为离 把最外层电子到核的距离, 子半径.并利用有效核电荷等数据, 子半径.并利用有效核电荷等数据,求出一套离子半径 数值, 数值,被称为 Pauling 半径 .见P214 表9-1
(2) 离子半径的变化规律 )
3,离子键的特征 ,
(1)离子键没有方向性 )
与任何方向的电性不同的离子相吸引, 与任何方向的电性不同的离子相吸引,所以无方向性
(2)离子键没有饱和性 )
只要是正负离子之间,则彼此吸引,即无饱和性. 只要是正负离子之间,则彼此吸引,即无饱和性.
(3)键的离子性与元素的电负性有关 )
但离子键和共价键之间, 但离子键和共价键之间,并非可以截然区分 可将离子键视为极性共价键的一个极端, 的.可将离子键视为极性共价键的一个极端,而 另一极端则为非极性共价键. 另一极端则为非极性共价键.
结论:离子相互吸引,保持一定距离时, 结论:离子相互吸引,保持一定距离时,体 系最稳定.这就意味着形成了离子键. 系最稳定.这就意味着形成了离子键. r0 和键长有关,而 V和键能有关. 和键长有关, 和键能有关. 和键能有关
由原子间发生电子的转移, 离子键 — 由原子间发生电子的转移,形成正负 离子, 离子,并通过静电作用而形成的化学 键. 由离子键形成的化合物. 离子型化合物 — 由离子键形成的化合物. 碱金属和碱土金属( 除外 除外) 碱金属和碱土金属(Be除外)的卤化物是典 型的离子型化合物. 型的离子型化合物.
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离子键
一, 离子键 的形成和实质 (以 NaCl 为例 , 为例) 以 2,离子键的形成条件 , 3, 离子键的特征 ,
1, 离子键的形成和实质 (以 NaCl 为例 , 为例) 以
电子转移形成离子: 第一步 电子转移形成离子: Na - e —— Na+ , 相应的电子构型变化: 相应的电子构型变化: 2s 2 2p 6 3s 1 —— 2s 2 2p 6 , 3s 2 3p 5 —— 3s 2 3p 6 的稀有气体原子的结构, 形成 Ne 和 Ar 的稀有气体原子的结构,形成稳 定离子. 定离子. Cl + e —— Cl -
越大, 晶格能 U 越大,则形成离子键得到离子晶体 时放出的能量越多,离子键越强. 时放出的能量越多,离子键越强.
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1926 年,哥德希密特 ( Goldschmidt ) 用光学方法测得
- 的半径, 了 F- 和 O 2- 的半径,分别为 133 pm 和 132 pm. 结 .
得到一系列离子半径. 合 X 射线衍射所得的 d 值,得到一系列离子半径.
rMg 2+ = d MgO- r O
2
= 210 - 132 = 78 ( pm )
2. 离子晶体的类型
AB型离子化合物的三种晶体结构类型 型离子化合物的三种晶体结构类型 (a)CsCl型晶体 ) 型晶体 (b)NaCl型晶体 ) 型晶体 (c)立方 )立方ZnS型 型 属简单立方晶格 属立方面心晶格 属立方面心晶格
(a) )
(b) )
(c) )
r
+/ r-
= 0.93
r +/ r- = 0.52
a ) 同一主族从上到下,电子层增加,具有相同电 同一主族从上到下,电子层增加, 荷数的离子半径增加. 荷数的离子半径增加. Li + < Na + < K + < Rb + < Cs + F- < Cl- < Br- < I- b ) 同一周期的主族元素,从左至右离子电荷数升 同一周期的主族元素,从左至右离子电荷数升 最高价离子半径减小. 高,最高价离子半径减小. Na + > Mg 2 + > Al 3 + K + > Ca 2 + 过渡元素, 过渡元素,离子半径变化规律不明显 .