晶体结构基础

无机化学第六章晶体结构与离子键思维导图，包含晶体结构基础，离子键，偶极矩等知识点，内容详实，知识点全面。平时背诵、查看很方便。都是根据个人对教材的理解整理所得，大家可以根据自己的复习情况进行增减。希望能帮助大家理清知识脉络、提高学习效率，祝大家考试顺利~

晶体结构基础1

• 离子晶体和离子键
  • 离子键的形成
    • 离子相互吸引，并保持一定距离 r0 时，体系最稳定，形成了离子键。
    • r0 和键长有关，而 V r0和键能有关。
    • 离子键的实质是静电引力
  • 离子键的强度
    • 键能和晶格能（以 NaCl 为例）
      • 1 mol 气态 NaCl 分子，解离成气态原子时，所吸收的能量，为离子 键的键能，用 Ei 表示。键能 Ei 越大，表示离子键越强。
      • 1 mol NaCl 晶体分解成气态的阴阳离子时，吸收的能量，为晶格能，用 U 表示。晶格能 U 越大，表示晶体分解成离子时吸收的能量越多，说明离子键越强。
  • 玻恩－哈伯循环
  • 影响离子键强度的因素
    • 离子的电荷量 q 和离子之间的距离 r。电荷高，离子键强。半径大，离子间距大，作用力小；半径小，作用力大。
    • 离子的电子构型
  • 离子半径
    • 离子半径概念
    • 离子半径的变化规律
      • 同主族从上到下，电子层增加，具有相同电荷数的离子 半径增大。
      • 同周期的主族元素，从左向右离子电荷数升高，最高价离子半径 减小。
      • 过渡元素，离子半径变化规律不明显
      • 同一元素，不同价态的阳离子，电荷高的半径小。
      • 阴离子半径一般较大；阳离子半径一般较小
      • 周期表中对角线上，左上的元素和右下的元素的高价离子半 径相近。
  • 离子晶体的特点
    • 离子晶体无确定的相对分子质量
    • 离子晶体的水溶液或熔融态导电。这是通过离子的定向迁移 而不是通过电子流动完成的。
    • 离子晶体的熔点、沸点较高
    • NaCl 晶体是个大分子，晶体中无单独的 NaCl 分子存在
    • 因离子键强度大，所以离子晶体硬度高，但离子晶体无 延展性
  • 配位数与 r+ / r－ 的关系
    • 离子晶体稳定存在的条件
      • 同号阴离子相切，异号离子相离，这种状态极不稳定
      • 同号离子相离，异号离子相切，这是稳定状态
      • 同号阴离子相切，异号离子相切，其稳定性介于（a）和（b）之 间，属于介稳状态。
    • r+ / r－ 与配位数
      • > 0.414 时，配位数为 6 。
      • 为 0.414 ~ 0.732 时，为 6 配位 NaCl 式晶体结构
      • > 0.732 时，即阳离子周围可容纳更多阴离子时，为 8 配位。
      • > 1.000 时，可以有 12 配位。
      • < 0.414 时，配位数将变成 4
      • < 0.225 时，则形成 3 配位
• 分子晶体和分子间作用力
  • 分子晶体
    • 分子之间以分子间作用力结合成的晶体，分子间力远小于离子键和共价键 的结合作用
  • 分子的偶极矩
    • 分子的正电重心和负电重心不重合，则为极性分子
    • 若正电（负电）重心上的电荷量为 q，正负电重心之间距离即偶极长为 d，偶极矩
    • 双原子分子的偶极矩就是极性键的键矩，多原子分子的偶极矩是各 键矩的矢量和
    • 永久偶极
      • 极性分子的偶极矩称为永久偶极
    • 诱导偶极
      • 在电场的影响下产生的偶极称为诱导偶极
      • 其强度大小与电场强度成正比，也与分子的变形性成正比
      • 所谓分子的变形性，即分子的正负电重心的可分离程度，分子体积越大，电子越多，变形性越大
    • 瞬间偶极
      • 由于分子在一瞬间正负电重心不重合而造成的偶极
  • 分子间的范德华力
    • 取向力
      • 极性分子之间的永久偶极 —— 永久偶极作用称为取向力
    • 诱导力
      • 诱导偶极 —— 永久偶极之间的作用称为诱导力
    • 色散力
      • 瞬间偶极 —— 瞬间偶极之间有色散力
    • 共性
  • 氢 键
    • 氢键的概念
      • H 原子与其他分子中x大， r 小的元素的原子相互接 近时，产生一种特殊分子间作用力 —— 氢键。
    • 条件
      • 与 x 大且 r 小的元素如 F，O，N 的原子相连的H 原子
      • 在这样的 H 原子附近有 x 大，且 r 小的元素 如 F，O，N 的原子
    • 氢键的特点
      • 饱和性和方向性
        • 一个氢只能形成一个氢键
        • 由于氢原子两侧的电负性极大的元素的原子相互排斥，使两个原子在 氢的两侧尽量呈直线排列
      • 氢键的强度
        • 氢键的强度介于化学键和分子间作用力之间,氢键的强度大小和氢原子两侧 的原子所属元素的电负性有关
      • 分子内氢键
        • 若氢原子两侧的电负性大的元素的原子属于同一分子，这种 氢键为分子内氢键
    • 氢键对化合物性质的影响
      • 分子间存在氢键时，大大地加强了分子间的结合力，故物质 的熔点、沸点将升高
• 晶体结构基本概念
  • 晶体和点阵
    • 晶体中重复排列的最小单位，称为晶体的结构基元，不同种类的粒子必须全部出现 在结构基元中。
    • 将结构基元抽象成一个几何点，所得到的空间的一组点，称为晶体的点阵。将点阵的每一个点称为阵点。
    • 晶体 ＝ 点阵 + 结构基元
    • 平行六面体上的阵点的位置可分为 4 种
      • 位于顶点的阵点为相邻的 8个平行六面体所共用。每个阵点只有1/8属于所讨论的平 行六面体。
      • 位于面上的阵点为相邻的两个平行六面体所共用。每个阵点只有1/2 属于所讨论的 平六面体。
      • 位于棱上的阵点为相邻的 4 个平行六面体所共用。每个阵点只有1/4属于所讨论的 平行六面体。
      • 位于平行六面体内部的阵点完全属于所讨论的平行六面体。
    • 晶系和点阵型式
      • 选取平行六面体点阵单位时要遵 守下列 3 个条件
        • 尽可能地反映整个空间点阵的对称性，即与点阵具有尽可能相同 的对称元素——对称轴，对称面和对称中心。
        • 在满足上述条件的前提下，平行六面体的棱与棱之间的夹角有尽量多的直角，以 使其形状规整
        • 在满足上述两个条件的前提下，平行六面体的体积尽量小。
  • 晶胞
    • 在点阵单位的每个阵点上以相同的方式安置晶体的结构基元，即可得 到实际晶体的代表 —— 晶胞