離子固體與晶體結構

岩鹽結構

把一粒食鹽放在放大鏡下,你會看到一個個完美的小立方體。這種立方外形並非偶然——它是整個無機化學中最著名的排列、即岩鹽結構(以 NaCl 的礦物形態命名)的外在標誌。它是多數人初學離子晶體時最先遇到的圖景,也有幾十種化合物照搬這一排列。

想像氯離子排成立方密堆積——一個面心立方陣列。現在把每一個八面體空隙都填上一個鈉離子。結果異常對稱:每個鈉被六個氯環繞、位於一個八面體的六個頂角,每個氯也同樣被六個鈉環繞。我們說它是 6:6 配位。換個等價的看法:兩套相互穿插的面心立方點陣,一套是 Na+、一套是 Cl-,彼此錯開半個晶胞稜長。晶胞是立方的,含四個 NaCl 化學式單元(Z = 4),這個數目正是把頂角、稜、面上的離子在相鄰晶胞間分攤後得到的。

凡是離子大小較為匹配的 1:1 化合物,許多都採用岩鹽結構:大多數鹼金屬鹵化物(LiCl、NaCl、KBr 等)、鹵化銀 AgF/AgCl/AgBr、鎂鈣等的氧化物與硫化物(MgO、CaO、MnS),以及許多過渡金屬一氧化物(FeO、NiO)。當半徑比把陽離子置於偏好六配位的區間時,岩鹽結構就受青睞。若陽離子太大(CsCl)或太小(ZnS),別的結構便勝出——所以岩鹽只是這一系列選擇中的一個分岔,而非唯一選項。

氧化鎂 MgO 採用岩鹽結構,Mg2+ 與 O2- 都是六配位。由於兩種離子都帶雙電荷(不像 NaCl 是單電荷),靜電吸引強得多,於是 MgO 的熔點接近 2850 攝氏度,而 NaCl 僅 801 度——同一結構,因離子電荷不同而牢固程度迥異。

MgO 與 NaCl 同屬岩鹽結構,但翻倍的離子電荷使 MgO 難熔得多。

岩鹽是 6:6 配位,不同於 CsCl 的 8:8。兩者雖都是 1:1 立方卻不相同——化合物採用哪一種主要取決於半徑比,較大的 Cs+ 偏好八個鄰居。

又稱
sodium chloride structureNaCl structurehalite structure氯化钠型结构