在離子品體中,相互接近的正、負(fù)離子必將以各自的電場對被此電子云和原子核產(chǎn)生作用,例如,陽離子吸引陰離子的電子,排斥陰離子的原子核,結(jié)果使陰離子的電子云變形而與原子核發(fā)生相對位移(圖4-35)產(chǎn)生偶極,從而在正、負(fù)離子之間附加一種作用力,這種現(xiàn)象稱為離子極化。
離子極化的程度取決于離子的極化力和變形性。一般說來,離子的半徑越小、電荷越多,產(chǎn)生的電場強(qiáng)度越大,離子的極化力就越強(qiáng);而離子的變形性卻隨著離子半徑的增大而變大。在離子的半徑相近和電荷相同時,離子的電子構(gòu)型對離子的極化力和變形性產(chǎn)生決定性影響,一般都是非稀有氣體構(gòu)型離子(即外層電子構(gòu)型為18,(18+2),(9~17)電子構(gòu)型)的極化力和變形性都大于稀有氣體構(gòu)型離子(即8電子構(gòu)型)。
通常陽離子的半徑較小,陰離子的半徑較大,所以在考慮陰、陽離子的極化作用時,主要考慮陽離子的極化力,陰離子的變形性,即陽離子對陰離子的極化作用。但當(dāng)陽離子為非稀有氣體構(gòu)型離子時,其變形性也很大,這時陰離子被極化所產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極又使陽離子變形,陽離子變形產(chǎn)生的誘導(dǎo)偶極反過來又會加強(qiáng)陽離子對陰離子的極化力,使陰離子進(jìn)一步變形,這種效應(yīng)叫做附加極化作用,附加極化作用使正、負(fù)離子之間的極化作用加強(qiáng)。
離子間的極化使電子云變形而彼此重疊滲透,核間距縮短,鍵的離子性成分減少,共價鍵成分增加,可能造成鍵型變異,有時還伴隨配位數(shù)下降,晶型改變,從而導(dǎo)致性質(zhì)的改變。例如AgX系列中,Ag+18電子構(gòu)型離子,其極化力和變形性都較強(qiáng),鹵素離子的變形性由F-到I-逐漸增大,Ag+與X-之間的相互極化作用依次增強(qiáng),致使AgX系列中,因電子云重疊程度增加,鍵鍵型由典型的離子鍵(AgF),經(jīng)過渡鍵型(AgCl、AgBr)變成共價鍵(AgI);因核間距縮短,配位數(shù)下降,晶型由NaCl型(AgF、AgCl、AgBr)變成ZnS型(AgI)。相應(yīng)的出現(xiàn)鹵化銀的顏色加深,溶解度減小,熱穩(wěn)定性降低等,詳見表4-16。
表4-16 離子極化對鹵化銀的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響
鹵化銀(AgX) | AgF | AgCl | AgBr | AgI | |
r(Ag+)/pm | 126 | 126 | 126 | 126 | |
r(X-)/pm | 136 | 181 | 196 | 216 | |
核間距/pm |
理論值 實測值 |
262 246 16 |
307 277 30 |
322 288 34 |
342 299 43 |
鍵型 |
離子性成分/% 鍵型 |
67 離子鍵 |
25 過渡型鍵 |
18 過渡型鍵 |
9 共價鍵 |
晶型 |
r(Ag+)/r(X-) 理論預(yù)測 實測 |
0.926 CsCl型 NaCl型 |
0.696 NaCl型 NaCl型 |
0.643 NaCl型 NaCl型 |
0.583 NaCl型 ZnS型 |
性質(zhì) |
顏色 溶解度/mol·L-1 分解溫度/℃ |
白色 14 很高 |
白色 1.3×10-5 較高 |
淺黃色 7.1×10-7 700 |
黃色 9.2×10-9 552 |
例4-12 用離子極化觀點解釋NaCl熔點高于AsCl。
解:兩種化合物中負(fù)離子相同,正離子Na+和Ag+的半徑相近近,但Ag+為18電子構(gòu)型,Na+為8電子構(gòu)型,前者的變形性遠(yuǎn)大于后者,極易極化。共價鍵的成分更多,向分子晶體轉(zhuǎn)化;Na+的變形性小,晶體中的化學(xué)鍵為離子鍵,離子間的作用力大,故NaCl為典型的離子晶體,熔點高于AgCl。