[科普中國]-離子晶格

離子晶格（ionic crystal lattice）是晶體結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合以離子鍵占主導(dǎo)地位的晶格。組成離子晶格的質(zhì)點(diǎn)是離子（包括絡(luò)離子），陽離子大多具有中等數(shù)值（6左右）的配位數(shù)。離子晶格晶體一般表現(xiàn)為透明或半透明，具非金屬光澤，硬度和熔點(diǎn)一般較高，是電的不良導(dǎo)體，但熔融或溶解后能導(dǎo)電。1

特點(diǎn)及其性質(zhì)離子晶格其質(zhì)點(diǎn)為離子，典型的離子晶體為氯化鈉(NaCl)，氯離子(C1-)與鈉離子(Na+)。陰離子半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于陽離子半徑，所以可以認(rèn)為緊密堆積的幾何形狀主要取決于陰離子的半徑。因此，在離子晶格中可以視為陰離子的最緊密堆積，陽離子可以看成是充填于空隙之中，陰陽離子間距則取決于兩者半徑之和，為了使格子構(gòu)造具有最好的位能。2

在這類晶格中，結(jié)構(gòu)單位為得到和失去電子的陰、陽離子，它們之間靠靜電引力相互聯(lián)系起來，從而形成離子鍵。它們的電子云一般不發(fā)生顯著變形而具有球形的對(duì)稱，即離子鍵不具有方向性和飽和性。因此，結(jié)構(gòu)中離子間的相互配置方式，一方面取決于陰、陽離子的電價(jià)是否相等；另一方面取決于陽、陰離子的半徑比值。通常陰離子呈最緊密或近于最緊密堆積，陽離子充填于其中的空隙并具有較高的配位數(shù)。 離子晶格中，由于電子都屬于一定的離子，質(zhì)點(diǎn)間的電子密度很小，對(duì)光的吸收較少，易使光通過，從而導(dǎo)致晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)為低的折射率和反射率、透明或半透明、具非金屬光澤和不導(dǎo)電(但熔融或溶解后可以導(dǎo)電)等特征。晶體的機(jī)械性能、硬度與熔點(diǎn)等則隨組成晶體的陰、陽離子電價(jià)的高低和半徑的大小有較寬的變化范圍。3

離予晶格具有下列性質(zhì)：

1．由于離子間沒有自由電子存在，故離子晶體為電的不良導(dǎo)體。但熔融后可形成自由移動(dòng)的離子，因此熔體又具導(dǎo)電性。

2．因離子鍵的鍵力比金屬鍵、分子鍵都強(qiáng)，因此離子晶體，一般地說硬度、熔點(diǎn)、機(jī)械強(qiáng)度部較高，多為非金屬光澤、折光率不高，往往透明和半透明。

3．由于離子晶格是由陰陽離子組成，而水分子()為極性分子，所以離子晶格的礦物比金屬晶格和原子晶格的礦物在水中的溶解變要大得多。

自然界中絕大多數(shù)礦物為離子晶體。絕大多數(shù)含氧鹽，常見的氧化物、氫氧化物及鹵化物類矽物，均屬離子晶格類型。

離子晶格類型一般說來．獲得電子的負(fù)氧離子半徑比失去電子的陽離子大。故大的負(fù)氧離子基本上呈密排結(jié)構(gòu)，占領(lǐng)面心立方結(jié)構(gòu)中的頂點(diǎn)和面心位置。如果半徑較小的金屬離子全部占據(jù)八面體空隙，則氧離子與金屬離子數(shù)的比例為1：1，即形成MO形式的氧化物。若金屬離予全部占領(lǐng)四面體空隙，則氧離子數(shù)與金屬離子的比例為1：2即形成MO形式的氧化物。4

1.MaCl型結(jié)構(gòu)

如NaCl晶體中的Na+，Cl-的離子半徑比為6配位，晶體的基本結(jié)構(gòu)基元為NaCl6八面體，從八面體在晶體中的結(jié)晶方位來分析，八面體的頂角為Cl-，在{100}面顯露，八面體的面與晶體中八面體0{111}相平行，見圖6.1-9，NaCl晶體腐蝕像中也顯示了晶體結(jié)構(gòu)的特征。在{100}面腐蝕為四方形，在{111}面則顯示三方錐，在{110}面為不等邊的三角錐，它們是NaCI6八面體在該面的顯露，見圖6.1-10。4

2．閃鋅礦型結(jié)構(gòu)如圖6-11所示。 如果氧離子呈密排立方結(jié)構(gòu)，而金屬離子只填充四面體空隙的一半則可能形成如圖6—11閃鋅礦(ZnS)結(jié)構(gòu)。具有這種結(jié)構(gòu)的化合物有ZnS、BeO和SiC等。

3．螢石型結(jié)構(gòu)與逆螢石型結(jié)構(gòu)如圖6—12所示。若金屬離子如 呈密排(緊密堆積)面心立方結(jié)構(gòu)，而非金屬離子填滿其中的四面體空隙，則形成典型的螢石（ ）結(jié)構(gòu)4。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)