離子鍵簡(jiǎn)介

帶相反電荷的離子之間存在靜電作用，當(dāng)兩個(gè)帶相反電荷的離子靠近時(shí)， 表現(xiàn)為相互吸引，而電子和電子、原子核與原子核之間又存在著靜電排斥作用，當(dāng)靜電吸引與靜電排斥作用達(dá)到平衡時(shí)，便形成離子鍵。因此，離子鍵是指陰離子，陽離子間通過靜電作用形成的化學(xué)鍵。

一、離子鍵基本性質(zhì)

　　1、離子鍵定義：陰、陽離子結(jié)合成化合物的靜電作用

　　2、離子鍵成鍵微粒：陰、陽離子

　　陽離子：IA、IIA活潑金屬元素，NH₄⁺;

　　陰離子：VIA、VIIA活潑非金屬元素，OH^-、SO₄^2-、NO₃^-、CO₃^2-等。

　　注意：形成化合物的元素的電負(fù)性的差>1.7

　　3、離子鍵成鍵性質(zhì)與特點(diǎn)：

　　性質(zhì)：靜電作用(吸引與排斥)

　　特點(diǎn)：沒有方向性，沒有飽和性

　　注意：陽離子與陰離子半徑比值越大，離子周圍所能容納帶異性電荷離子的數(shù)目就越多。

　　4、離子鍵存在范圍：

　　大多數(shù)鹽(如NaCl、CsCl、NH₄Cl等)

　　強(qiáng)堿(如NaOH、KOH等)

　　活潑金屬氧化物(如MgO、Na₂O等)

　　5、離子鍵強(qiáng)弱的判斷：

　　離子半徑越小，離子所帶電荷越多，離子鍵越強(qiáng)，離子晶體的熔沸點(diǎn)越高。離子鍵的強(qiáng)弱也可以用晶格能的大小來衡量，晶格能是指拆開1mol離子晶體使之形成氣態(tài)陰離子和陽離子所吸收的能量。晶格能越大，離子晶體的熔點(diǎn)越高、硬度越大。

　　6、離子晶體：通過離子鍵作用形成的晶體。

　　7、典型的離子晶體結(jié)構(gòu)：

　　NaCl型和CsCl型。氯化鈉晶體中，每個(gè)鈉離子周圍有6個(gè)氯離子，每個(gè)氯離子周圍有6個(gè)鈉離子，每個(gè)氯化鈉晶胞中含有4個(gè)鈉離子和4個(gè)氯離子;氯化銫晶體中，每個(gè)銫離子周圍有8個(gè)氯離子，每個(gè)氯離子周圍有8個(gè)銫離子，每個(gè)氯化銫晶胞中含有1個(gè)銫離子和1個(gè)氯離子。

二、離子鍵的形成

　　離子鍵是由電子轉(zhuǎn)移(失去電子者為陽離子，獲得電子者為陰離子)形成的。帶相反電荷的離子之間存在靜電作用，當(dāng)兩個(gè)帶相反電荷的離子靠近時(shí)，表現(xiàn)為相互吸引，而電子和電子、原子核與原子核之間又存在著靜電排斥作用，當(dāng)靜電吸引與靜電排斥作用達(dá)到平衡時(shí)，便形成離子鍵，即正離子和負(fù)離子之間由于靜電引力所形成的化學(xué)鍵。

　　離子既可以是單離子，如Na⁺、Cl^-;也可以由原子團(tuán)形成;如SO₄^2-，NO₃^-等。它往往在金屬與非金屬間形成。失去電子的往往是金屬元素的原子，而獲得電子的往往是非金屬元素的原子。通常，活潑金屬與活潑非金屬形成離子鍵，如鉀、鈉、鈣等金屬和氯、溴等非金屬化合時(shí)，都能形成離子鍵。且僅當(dāng)總體的能級(jí)下降的時(shí)候，反應(yīng)才會(huì)發(fā)生(由化學(xué)鍵聯(lián)接的原子較自由原子有著較低的能級(jí))。下降越多，形成的鍵越強(qiáng)。

　　而在現(xiàn)實(shí)中，原子間并不形成“純”離子鍵。所有的鍵都或多或少帶有共價(jià)鍵的成分。成鍵原子之間電平均程度越高，離子鍵成分越低。

　　離子鍵的結(jié)合力很大，因此離子晶體的硬度高，強(qiáng)度大，熱膨脹系數(shù)小，但脆性大。離子鍵種很難產(chǎn)生可以自由運(yùn)動(dòng)的電子，所以離子晶體都是良好的絕緣體。在離子鍵結(jié)合中，由于離子的外層電子比較牢固的被束縛，可見光的能量一般不足以使其受激發(fā)，因而不吸收可見光，所以典型的離子晶體是無色透明的。Al₂O₃、MgO、TiO₂、NaCl等化合物都是離子鍵。

　　當(dāng)元素周期表中相隔較遠(yuǎn)的正電性元素原子和負(fù)電性元素原子接觸時(shí)，前者失去Z外層價(jià)電子變成帶正電荷的正離子，后者獲得電子變成帶負(fù)電荷的滿殼層負(fù)離子。正離子和負(fù)離子由靜電引力相互吸引;同時(shí)當(dāng)它們十分接近時(shí)發(fā)生排斥，引力和斥力相等即形成穩(wěn)定的離子鍵。

三、離子鍵的強(qiáng)弱——晶格能

　　離子晶體中晶格的牢固程度可用晶格能(U)的大小來衡量。晶格能愈大，其離子鍵愈牢固，離子晶體愈穩(wěn)定。晶格能是在298.15K、101.325KPa下由氣態(tài)正離子和氣態(tài)負(fù)離子生成1mol離子晶體時(shí)所放出的能量。

　　玻恩和哈伯提出可應(yīng)用一些已知的熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出離子晶體的晶格能，這種方法就是“玻恩——哈伯循環(huán)法”?，F(xiàn)以某種離子鹵化物MX_n為例說明其計(jì)算方法。

　　1、ΔH₁^θ是MX_n的標(biāo)準(zhǔn)焓變。

　　2、ΔH₂^θ是1molM_(s)變?yōu)?molM_(g)的標(biāo)準(zhǔn)焓變(即升華焓)。

　　3、ΔH₃^θ是氯分子的離解焓變。

　　4、E是氯離子的電子親合能。

　　5、I是M的電離能。

　　6、U是MX_n的晶格能。

　　根據(jù)蓋斯定律，可計(jì)算出上述循環(huán)中MX_n晶體的晶格能(U)。

　　ΔH₁^θ=ΔH₂^θ+ΔH₃^θ+E+I+U

　　由上式推知：U=ΔH₁^θ-ΔH₂^θ-ΔH₃^θ-E-I

　　利用已知的ΔH^θ，I，E就可求出晶格能U

用晶格能大小比較鹵化物的穩(wěn)定性：

　　1、NaCl

　　查數(shù)據(jù)手冊(cè)知：

　　1、NaCl的標(biāo)準(zhǔn)生成焓變?chǔ)₁^θ=-411.0KJ·mol^-1。

　　2、1mol金屬鈉升華變成1mol氣態(tài)鈉原子標(biāo)準(zhǔn)焓變(即升華焓)ΔH₂^θ=108.7KJ·mol^-1。

　　3、氯分子離解成1mol氯原子焓變?chǔ)₃^θ=121.3KJ·mol^-1。

　　4、鈉原子的電離能I=495.8KJ·mol^-1。

　　5、氯離子的電子親合能E=-348.7KJ·mol^-1。

　　將以上數(shù)據(jù)代入前邊推出的計(jì)算式中：

　　U=ΔH₁^θ-ΔH₂^θ-ΔH₃^θ-E-I=-788.1(KJ·mol^-1)

　　即由Na_(g)⁺和Cl_(g)^-生成1molNaCl晶體時(shí)，要釋放出788KJ能量。

　　2、KCl

　　查數(shù)據(jù)手冊(cè)知：

　　1、KCl的標(biāo)準(zhǔn)生成焓變?chǔ)₁^θ=-436.2KJ·mol^-1。

　　2、1mol金屬鉀升華變成1mol氣態(tài)鉀原子標(biāo)準(zhǔn)焓變(升華焓)ΔH₂^θ=81.6KJ·mol^-1。

　　3、氯分子離解成1mol氯原子焓變?chǔ)₃^θ=121.3KJ·mol^-1。

　　4、鉀原子的電離能I=418.8KJ·mol^-1。

　　5、氯離子的電子親合能E=-348.7KJ·mol^-1。

　　將上述數(shù)據(jù)代入前邊的計(jì)算式中：

　　U=ΔH₁^θ-ΔH₂^θ-ΔH₃^θ-E-I=-709.2(KJ·mol^-1)

　　即由K_(g)⁺和Cl_(g)^-生成1molKCl晶體時(shí)，要釋放出709.2KJ能量。

據(jù)已計(jì)算出的數(shù)據(jù)比較：

　　因?yàn)閁_KCl(s)=-709.2(KJ·mol^-1)>U_NaCl(s)=-788.1(KJ·mol^-1)所以NaCl比KCl穩(wěn)定。

　　晶格能不僅可以用來判斷離子晶體的穩(wěn)定性，還可以反映在離子晶體的物理性質(zhì)上。

　　在晶形相同的離子晶體中，若離子電荷愈多，半徑愈小，則晶格能愈大。離子晶體的晶格能愈大，表明晶格結(jié)點(diǎn)上的離子間結(jié)合愈牢固，反映在晶體的物理性質(zhì)上，將具有較高的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和硬度。

　　下表列出了一些物質(zhì)的晶格與物理性質(zhì)之間的關(guān)系：

四、共價(jià)鍵和離子鍵

　　共價(jià)鍵和離子鍵的概念：

　　共價(jià)鍵和離子鍵是對(duì)化學(xué)鍵的兩種分類。

　　共價(jià)鍵是指兩個(gè)原子之間的電子，它們的自旋方向不同，甚至是相反的兩個(gè)方向的電子在配對(duì)后，原子的軌道疊合在一起時(shí)，電子的云密度在增大的時(shí)候，同時(shí)增大對(duì)兩核的引力。而共價(jià)鍵的作用力很大，具有方向性，而又因?yàn)殡娮臃较蛳喾吹碾娮幽軌蚺涑涉I，所以共價(jià)鍵也具有飽和性。共價(jià)鍵又可以根據(jù)其方向性和飽和性分成三種，分別是非極性共價(jià)鍵、極性共價(jià)鍵以及配價(jià)鍵。

　　離子鍵是因?yàn)樵陔娮影l(fā)生轉(zhuǎn)移的情況下形成的，也就是說，離子鍵是正負(fù)離子在靜電引力的作用下而形成的化學(xué)鍵，其實(shí)質(zhì)是靜電作用。它的成鍵離子有陰、陽離子這兩類，所以離子鍵可以分成兩類，一種是陽性鈉離子和陽性鉀離子這樣的單離子，另一種就是陰性的氯離子這類由原子團(tuán)組成的帶有化學(xué)鍵的物質(zhì)。

　　共價(jià)鍵和離子鍵的不同點(diǎn)：

　　共價(jià)鍵和離子鍵的區(qū)別主要表現(xiàn)在：

　?、偎鼈兊母拍畈灰粯樱矁r(jià)鍵是一種只含有共價(jià)鍵的化合物，而離子鍵是含有離子鍵的化合物。它們的實(shí)質(zhì)也不一樣，前者是共用原子對(duì)，后者是靜電作用。

　?、谇罢邔?duì)物質(zhì)的影響和后者也不相同，共價(jià)鍵表現(xiàn)出來的是，當(dāng)共價(jià)鍵越強(qiáng)，那么其單質(zhì)或者化合物就越穩(wěn)定。而離子鍵越強(qiáng)，其熔點(diǎn)也越高。

　?、墼趯?dǎo)電性上，共價(jià)鍵在融化時(shí)不導(dǎo)電，其水溶液部分會(huì)導(dǎo)電。而離子鍵的熔融狀態(tài)或者其水溶液是導(dǎo)電的。

　?、芄矁r(jià)鍵和離子鍵的不同點(diǎn)還包括，它們?cè)谌诨瘯r(shí)的破壞力不同。共價(jià)鍵在融化時(shí)破壞的作用力一般是不會(huì)破壞共價(jià)鍵的，而離子鍵在融化時(shí)破壞的作用力，一般是破壞離子鍵，在部分情況下才可能破壞共價(jià)鍵。

　　共價(jià)鍵和離子鍵的相同點(diǎn)：

　　共價(jià)鍵和離子鍵的共同點(diǎn)，主要表現(xiàn)在它們都是相鄰的兩個(gè)或多個(gè)原子在強(qiáng)烈的相互作用下，形成的化學(xué)鍵。并且，也都是在電性作用下形成。