通式為MX的離子型化合物往往結(jié)晶成下列三種結(jié)構(gòu)之一氯化銫(CsC1)結(jié)構(gòu)、氯化鈉(NaC1)結(jié)構(gòu)和閃鋅礦(乙nS)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)都是立方晶格并表示在圖11-11中。
從氯化銫模型可以看到一個銫離子占據(jù)在立方體的中心并有八個氯離子作為它的最近鄰。氯離子在實際上都同中心銫離子相接觸。在晶體中ー個原子或離子的最近鄰的數(shù)目叫做配位數(shù)。在配位化合物中配位數(shù)這個詞略有不同的意義(第32.1節(jié))]。每個氯離子也占據(jù)在一個立方體的中心上(在圖11-11中中沒有表示出來),這個立方體以銫離子占據(jù)在角頂上而構(gòu)成,使每個氯離子的配位數(shù)也是八。由于在伸展的晶格中每個角頂上的離子是被八個 立方體所共用,所以每個氯化銫單元晶胞在它的中心含有一個銫離子和凈含一個角頂氯離子(8x、)。每個單元晶胞有一個Cs+和一個C1而保持了電中性。
研究氯化鈉結(jié)構(gòu)可以看到,中心離子(鈉)有六個氯離子作為最近鄰,占據(jù)在一個正八面體的角頂上,因此配位數(shù)為六。每個單元晶胞中含有四個鈉離子和四個氯離子使晶胞為電中性。
在閃鋅礦(ZnS)結(jié)構(gòu)中的鋅離子有四個硫離子作為最近鄰占據(jù)在正四面體的角頂上。注意在這種結(jié)構(gòu)中僅交替的四面體孔穴被鋅離子所占據(jù)。每個單元晶胞中有四個鋅離子和四個硫離子,使單元晶胞保持電中性。
如前所述,一種給定的MX型離子化合物所采取的結(jié)構(gòu)主要是筒單幾何關(guān)系和靜電關(guān)系的結(jié)果,并決定于正離子(陽離子)和負離子(陰離子)的相對大小。一個大的陽離子可以在它的周圍有較多的陰離子,但和小陽離子相比仍使陰離子保持一定的距離。換句話說,晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)果的配位數(shù)不僅決定于電中性的需要而且也決定于離子的相對大小。每種排列的極限結(jié)構(gòu)可以用所含離子的半徑比來表示
陽離子半徑 r+
半徑比=—————— = ——
陰離子半徑 r-
對任何配位數(shù)來說都有一個最小的(r/r)比值,低于這個比值時陰離子就將彼此相接觸。MX型化合物半徑比的近似極限值提供在表11-4中。
具有氯化銫結(jié)構(gòu)的一些鹽和它們的實際半徑比如下:CsC1(0.93);CsBr(0.87);CsI(0.78)和T1C1(0.83)。NaC1結(jié)構(gòu):NaC1(0.52);NaI(0.44);KC1(0.73)AgC1(0.70)。ZnS結(jié)構(gòu):ZnS(0.40);ZnSe(0.37);BeO(0.22)。
通式為MX2的離子型化合物往往結(jié)晶成如下兩種結(jié)構(gòu)之一:螢石(CaF2)晶格和金紅石(TiO2)晶格(見圖11-12和11-13)。這些結(jié)構(gòu)中最重要的單一特征還是配位數(shù)。對MX2型化合物來說,陽離子的配位數(shù)和陰離子的配位數(shù)是不同的,因為X-離子是M2+離子的2倍。在CaF2晶體中,Ca2+的配位數(shù)是八,而F~的配位數(shù)是四。在金紅石中,鈦和氧離子的配位數(shù)分別是六和三。
在表11-5中提供了一系列二氟化物MF2的rt/ァ-值,所有這些晶體結(jié)構(gòu)的實驗測定表明它們可以照表中所指出的那樣分類。注意當(dāng)r+/r降到低于0.71時晶體就從配位數(shù)為八的結(jié)構(gòu)變為配位數(shù)為六的結(jié)構(gòu)。
于是,離子型晶體的結(jié)構(gòu)顯然將決定于離子的相對數(shù)目和相對大小。半徑比規(guī)則只能嚴格地應(yīng)用于離子型晶體。在共價鍵占主導(dǎo)地位的化合物中這個規(guī)則不適用于預(yù)測結(jié)構(gòu)。