最密堆積與常見晶體結構

鮑林規則(Pauling's rules)

/ PAW-lingz /

鮑林規則是萊納斯·鮑林於 1929 年發表的五條實用準則,用以預測與合理化離子晶體的結構。在電腦能計算晶體能量之前,這些規則讓化學家僅憑離子的大小與電荷,就能推理出氧化物或矽酸鹽為何長成那樣。它們至今仍是絕佳的直覺養成工具。

五條規則,以白話說明。第一,每個陽離子位於一個由陰離子構成的多面體中,其類型(四面體、八面體、立方體)由半徑比決定。第二,靜電價規則:陰離子的電荷由其陽離子鄰居送來的鍵強度總和在局部加以平衡,因此電荷是一鄰域一鄰域地抵消,而不只是整體抵消。第三,配位多面體共用邊、尤其共用面會降低穩定性,因為這會把帶正電的陽離子推得更近。第四,這種避免共用的傾向對小而高電荷的陽離子最強。第五,簡約規則:一個結構傾向只使用少數幾種化學上不同的位置。

這些規則是定性的、且有例外,尤其在鍵結偏共價而非離子時,但對氧化物與矽酸鹽卻出奇有效,並能解釋真實事實,例如矽酸鹽四面體為何共用角而非共用邊。第二條規則(局部電荷平衡)通常是五條中最銳利、最可靠的,其現代精緻版本(鍵價法)至今仍在使用。

第二規則解釋了石英中的 SiO4 四面體為何只共用角:共用角能讓小而高電荷的 Si4+ 離子彼此離得最遠。

五條經驗法則,無需任何能量計算就能預測離子結構。

鮑林規則是準則而非定律;它們對離子性氧化物與矽酸鹽最有效,當鍵結為共價或金屬時可能嚴重失準。

又稱
Pauling rules鮑林規則鮑林五規則