鍵結與晶體化學
陰離子(anion)
/ AN-eye-on /
陰離子是獲得一個或多個電子、因而帶負電的原子。在主宰本領域的氧化物陶瓷中,陰離子幾乎總是氧 O2-,它搶得了兩個電子;在其他家族中則是氮(N3-)、碳(碳化物形式)、氟或氯。獲得電子會使原子膨脹,因為多出的電子在同一原子核周圍互相擁擠排斥,故陰離子是陶瓷中較大的一方,而構成寬敞骨架的通常正是陰離子。
由於陰離子大、陽離子小,描繪多數陶瓷晶體最自然的方式其實與命名方向相反:陰離子像堆疊的橘子那樣彼此密堆(最密堆積),小陽離子則落進它們之間的空隙。氧離子又大又只帶兩負電,相當「軟」(可極化),這也是真實氧化物永遠不是完美離子晶體的原因之一。數每個陰離子周圍有幾個陽離子,並要求它們的拉力加起來剛好中和陰離子的電荷,正是鮑林靜電價規則的核心。
陰離子次晶格決定了舞台。在 MgO、Al2O3 與尖晶石中,氧離子的排列本質上相同,而不同礦物只是以不同方式填入陽離子空隙,這是一個強而有力的統合概念。陰離子的移動同樣重要:在固態氧化物燃料電池中,是 O2- 離子在陶瓷電解質中跳躍以傳導電流,而氧空位(缺失的陰離子)是所有陶瓷中最重要的缺陷之一。
在剛玉(氧化鋁 Al2O3)中,O2- 陰離子形成最密堆積,Al3+ 陽離子填入其間三分之二的八面體空隙;界定骨架的是大陰離子,而非小陽離子。
大陰離子搭出骨架,小陽離子填入其孔洞。
人們容易以為又小又高電荷的陽離子「當家作主」。就幾何而言恰好相反:通常是大陰離子決定堆積方式,陽離子只不過占據其大小容許的孔洞。
另见