鍵結與晶體化學
鮑林規則(Pauling's rules)
/ PAW-lings /
鮑林規則是萊納斯·鮑林(Linus Pauling)於 1929 年發表的五條平白準則,用來猜測複雜離子晶體是如何組裝起來的,像是建構氧化物與矽酸鹽的一套文法。在電腦能解結構之前,這些規則讓化學家僅憑離子的電荷與大小,就能推理出合理的離子排列。它們至今仍是陶瓷晶體化學中最有用的一套思考工具。
五條規則的白話版:(1) 每個陽離子坐在一個由陰離子構成的多面體中,其數目與形狀由半徑比決定,即配位多面體規則。(2) 在穩定晶體中,每個陰離子的電荷都被周圍陽離子伸來的鍵在局部上平衡掉,即靜電價規則,也是整套規則的量化核心。(3) 兩個陽離子多面體之間共用稜、尤其是共用面,會使結構不穩,因為那會使帶正電的陽離子彼此靠近而互斥。(4) 在含多種陽離子的晶體中,電荷高、體積小的陽離子傾向不與彼此共用多面體元件。(5) 節約規則:一個結構中本質上不同的位置種類數傾向於很少。
這五條合起來,解釋了為何矽酸鹽結構是由共用頂角(而非共用面)的 SiO4 四面體構成、為何某些組成穩定而另一些不穩、以及如何徒手勾勒候選結構。但它們是從離子晶體提煉出的準則,而非定律:對共價化合物與高度可極化離子會嚴重失準,現代結構解析也找到不少行為良好的例外。請把它們當作經驗豐富的建築師的經驗法則,極好用,但並非萬無一失。
第三規則的實例:矽酸鹽中的 SiO4 四面體幾乎總是只共用頂角(單一氧),從不共用面,因為共用面會把兩個 Si4+ 離子推得危險地近,靜電斥力會把結構撕裂。
矽酸鹽為何以角對角相連,可直接從鮑林第三規則讀出。
鮑林規則是離子固體的啟發式法則,而非普世真理。隨著鍵結趨於共價,它們會失去約束力,故別指望它們能主宰 SiC、Si3N4 或其他強共價陶瓷。
又稱
另見