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本课件讲解离子键的形成与特征、离子的电荷数电子组态和半径三个特征，介绍离子晶体的晶格晶胞与常见结构类型、晶格能的计算方法，并分析离子极化对化学键型与化合物性质的影响。
第九章 离子键和离子晶体，本章包含以下各节：
在分子或晶体中，直接相邻的原子或离子之间存在强烈相互作用。化学上把分子或晶体中直接相邻的原子或离子间的强烈相互作用称为化学键。化学键的类型有离子键、共价键和金属键。晶体的种类繁多，但若按晶格内部微粒间的作用力来划分，可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体四种基本类型。
第一节 离子键，本节主要内容包括：
当电负性较小的活泼金属元素的原子与电负性较大的活泼非金属元素的原子相互接近时，金属原子失去最外层电子形成带正电荷的阳离子；而非金属原子得到电子形成带负电荷的阴离子。阳、阴离子之间除了静电相互吸引外，还存在电子与电子、原子核与原子核之间的相互排斥作用。当阳、阴离子接近到一定距离时，吸引作用和排斥作用达到了平衡，系统的能量降到最低，阳、阴离子之间就形成了稳定的化学键。这种阳、阴离子间通过静电作用所形成的化学键称为离子键。一、离子键的形成
二、离子键的特征离子键的特征是没有方向性和没有饱和性。由于离子的电荷分布是球形对称的，它在空间各个方向与带相反电荷的离子的静电作用都是相同的，阴、阳离子可以从各个方向相互接近而形成离子键，所以离子键是没有方向性的。在形成离子键时，只要空间条件允许，每一个离子可以吸引尽可能多的带相反电荷的离子，并不受离子本身所带电荷的限制，因此离子键是没有饱和性的。形成离子键的必要条件是相互化合的元素原子间的电负性差足够大。
三、离子的特征离子的电荷数、离子的电子组态和离子半径是离子的三个重要特征。（一）离子的电荷数从离子键的形成过程可知，阳离子的电荷数就是相应原子失去的电子数；阴离子的电荷数就是相应原子得到的电子数。阴、阳离子的电荷数主要取决于相应原子的电子层组态、电离能、电子亲和能等。
第二节 离子晶体，本节主要内容包括：
固体可分为晶体和非晶体两大类。晶体与非晶体的主要区别是：
一、晶格和晶胞构成晶体的微观粒子在三维空间进行有规则的排列，把组成晶体的每一个微观粒子抽象为一个点，由这些点按一定规则组成的几何构型称为晶格。晶格上微观粒子所处的位置称为晶格格点。按晶格格点上微粒之间的作用力不同，可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。
晶体类型结点微粒微粒间作用力晶体特性离子晶体阳、阴离子离子键熔点、沸点高，硬度大而脆，熔融或溶于水能导电原子晶体原子共价键熔点高、硬度大，导电性差分子晶体分子分子间力，氢键熔点、沸点低，硬度小金属晶体原子和阳离子金属键熔点、沸点有高有低，硬度有大有小，有可塑性及金属光泽，导电性好离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体的结构和特性
晶格中能表达晶体结构一切特征的最小结构单元称为晶胞。晶体就是由无数个相互紧密排列的晶胞所组成。（a）CsCl 型晶体（b）NaCl 型晶体（c）ZnS 型晶体CsCl 晶体、NaCl 晶体和ZnS 晶体的晶胞
二、离子晶体的特征由阳离子与阴离子通过离子键结合而形成的晶体称为离子晶体。离子晶体一般具有较高的熔点、沸点和较大的硬度。离子晶体的硬度虽然较大，但比较脆。这是因为当离子晶体受到外力作用时，各层晶格结点上的离子发生位移，使原来异号离子相间排列的稳定状态转变为同号离子相邻的排斥状态，晶体结构遭到破坏。在离子晶体中，阳、阴离子被限制在晶格格点上振动，不能移动，因此离子晶体不导电。但是当离子晶体熔融或溶于水时，产生自由移动的阳、阴离子，从而可以导电。
三、离子晶体的类型在离子晶体中，由于阳、阴离子在空间的排列方式不同，因此离子晶体的空间结构也就不相同。对于AB 型离子晶体，常见的有CsCl 型、NaCl 型和ZnS 型三种典型晶体结构类型。（l）CsCl 型晶体：CsCl 型晶体的晶胞是正立方体，l 个Cs+ 处于立方体中心，8 个Cl－位于立方体的8 个顶点处，每个晶胞中有1 个Cs+ 和1 个Cl-。CsCl 晶体就是CsCl 晶胞沿着立方体的面心依次堆积而成。在CsCl 晶体中，每个Cs+被8 个Cl－包围，同时每个Cl－也被8 个Cs+包围，Cs+ 与Cl－的个数比为1:1 。
离子晶体的结构类型，与离子半径、离子的电荷数、离子的电子组态有关，其中与离子半径的关系更为密切。只有当阳、阴离子紧密接触时，所形成的离子晶体才是最稳定的。阳、阴离子是否能紧密接触与阳、阴离子半径之比r+/r－有关。现以阳、阴离子的配位数均为6 的晶体构型的某一层为例，说明阳、阴离子的半径比与配位数和晶体构型的关系。四、离子晶体的半径比规则
阳、阴离子半径比与配位数的关系的示意图abc
在△abc 中，ab= bc= 2(r++r－), ac= 4r－，则: [2(r++r－)]2 + [2(r++ r－)]2 = (4r－)2r+ = 0.414 r－阳、阴离子的半径比为：当r+/r－= 0.414 时，阳、阴离子是直接接触，阴离子也是直接接触。当r+/r－> 0.414 时，阳、阴离子直接接触，阴离子不再接触，这种构型比较稳定，这就是配位数为6 的情况。但当r+/r－> 0.732 时，阳离子相对较大，它有可能接触更多的阴离子，从而使配位数提高到8。
当r+/r－< 0.414 时，阴离子直接接触，而阳、阴离子不能直接接触，这种构型是较不稳定的。由于阳离子相对较小，它有可能接触更少的阴离子，可能使配位数减少到４。离子晶体中，阳、阴离子的半径比与配位数、晶体构型的这种关系称为离子半径比规则。AB 型离子晶体的离子半径比与配位数、晶体构型的关系
第三节 离子晶体的晶格能离子键的强度常用，本节主要内容包括：
NaCl 晶体的晶格能为：
离子晶体的晶格能也可以利用玻恩-朗德方程进行计算：A为马德隆常数，CsCl、NaCl、ZnS 型晶体的A分别为1.763、1.748、1.638；n为玻恩指数，它与电子组态有关：离子的电子组态HeNeAr(Cu+)Kr(Ag+)Xe(Au+)n5791012
第四节 离子极化，本节主要内容包括：
离子在周围带相反电荷离子的作用下，原子核与电子发生相对位移，导致离子变形而产生诱导偶极，这种现象称为离子极化。一、离子的极化力和变形性离子极化的强弱决定于离子的极化力和离子的变形性。离子的极化力是指离子使带相反电荷离子变形的能力，它取决于离子所产生的电场强度。影响离子的极化力的因素有离子的半径、电荷数和外层电子组态。
离子的变形性是指离子被带相反电荷离子极化而发生变形的能力。离子的变形性取决于离子的半径、电荷数和外层电子组态。
虽然阳离子和阴离子都有极化力和变形性，但一般说来，阳离子半径小，极化力大，变形性小；而阴离子半径大，极化力小，变形性大。因此在讨论离子极化时，主要考虑阳离子的极化力和阴离子的变形性。如果阳离子也具有一定的变形性，它也能被阴离子极化而变形，阳离子被极化后，又增加了它对阴离子的极化作用。这种加强的极化作用称为附加极化作用。
二、离子极化对化学键类型的影响阳离子与阴离子之间如果完全没有极化作用，则所形成的化学键为离子键。实际上阳离子与阴离子之间存在不同程度的极化作用。当极化力强、变形性又大的阳离子与变形性大的阴离子结合时，由于阳、阴离子相互极化作用显著，使阳、阴离子发生强烈变形，导致阳、阴离子外层轨道发生重叠，阳、阴离子的核间距缩短，化学键的极性减弱，使键型由离子键过渡到共价键。
离子极化对化学键型的影响
当离子极化作用显著时，阳、阴离子的外层轨道发生部分重叠，共价键成分增大，使离子晶体过渡到原子晶体或分子晶体。如果阳、阴离子间存在强烈的相互极化作用，会使键长缩短，晶体构型也向配位数较小的晶体构型转变。三、离子极化对晶体构型的影响
四、离子极化对化合物性质的影响（一）离子极化对无机化合物溶解度的影响当离子间极化作用显著时，离子键过渡到共价键。由于水不能有效地减弱共价键的结合力，所以离子极化使无机化合物在水中的溶解度减小。影响无机化合物溶解度的因素是多方面的，但离子极化往往起着重要的作用。
（二）离子极化对化合物颜色的影响物质对可见光的吸收与否，取决于组成物质的原子的基态与激发态的能量差。典型的离子型化合物，其基态与激发态的能量差较大，激发时一般不吸收可见光，因此在白光照射下为无色物质。离子极化使晶体中的化学键由离子键向共价键过渡，使基态与激发态之间的能量差减小，电子跃迁所需的能量落在可见光的能量范围内，当白光照射在物质上，某些波长的可见光被吸收，而呈现出反射光的颜色。在可见光能量范围内，离子极化作用越强，基态与激发态的能量差越小，吸收可见光的波长越长，物质呈现的颜色就越深。
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