离子化合物的性质由离子的特征决定,离子的主要特征包括离子的电荷、电子构型和半径。
1.离子的电荷
离子的电荷是原子在形成离子化合物的过程中失去或得到的电子数。离子键的本质是正、负离子之间的静电作用力,故离子所带的电荷数越多,离子键的静电作用力就越强,离子键的强度越大,化合物越稳定。例如,MgO 的熔点(2 800℃)明显高于NaCl 的熔点(801℃)。离子电荷的不同往往带来性质上的不同,如Fe2+和Fe3+,尽管是同种原子形成的离子,但Fe2+离子在水溶液中是浅绿色的,具有还原性;Fe3+离子在水溶液中是黄棕色的,具有氧化性。
2.离子的电子构型
简单阴离子(如F-、Cl-,O2-、S2-等)通常有稳定的8 电子构型,但简单阳离子则有下列5 种外层电子构型:
(1)2 电子构型(1s2),如Li+、Be2+等;
(2)8 电子构型(ns2np6),如Na+、Mg2+、Al3+、Sc3+、Ti4+等;
(3)9~17 电子构型(ns2np6nd1~9),如Mn2+、Fe3+、Co2+、Ni2+等d 区元素的离子;(www.xing528.com)
(4)18 电子型(ns2np6nd10),如Cu+、Ag+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等ds 区元素的离子及Sn4+、Pb4+等P 区高氧化态金属正离子;
(5)18+2 电子型[(n-1)s2(n-1)p6(n-1)d10ns2],如Sn2+,Pb2+、Sb3+、Bi3+等P 区低氧化态金属正离子。
离子的电子构型的不同对离子化合物性质的影响较大,如NaCl 和AgCl 尽管都是由Cl-与+1 价离子形成的化合物,但由于Na+和Ag+的电子构型不同,从而有NaCl 易溶于水,AgCl 难溶于水的差异。此外,Ag+形成配位化合物的能力比Na+强得多。
3.离子的半径
同原子半径一样,离子的半径也难于确定,同一离子的半径会因推算方法和所用晶体的不同而不同。在AB 型离子晶体中处于平衡位置的正负离子,可近似认为是相互接触的圆球,于是核间距R 等于(r正+r负)。由于离子形成时作用于外层电子的有效核电荷的改变,对于同一元素形成的离子一般有r正<r原子<r负,且随电荷数的增大,离子半径减小,如r(S2-)>r(S)>r(S4+)>r(S6+),r(Fe3+)<r(Fe2+)等。
元素周期表中离子半径的变化规律与原子半径的变化大致相同,即同主族电荷数相同的离子,离子半径随电子层数的增加而增大,如r(F-)<r(Cl-)<r(Br-)<r(I-),r(Mg2+)<r(Ca2+)<r(Sr2+)<r(Ba2+)等;同周期元素的离子当电子构型相同时,随有效电荷数的增加,阳离子半径减小,阴离子半径增大,如r(Na+)>r(Mg2+)>r(Al3+),r(F-)<r(O2-)<r(N3-)等。
离子半径的大小近似反映了离子的相对大小,是分析离子化合物物理性质的重要依据之一。对于同种构型的离子晶体,离子电荷数越大,其半径越小,正负离子间引力越大,晶格能越大,化合物的熔点、沸点一般越高。
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