离子固体与晶体结构

氯化铯结构

如果说岩盐是每个离子有六个邻居的结构,那么氯化铯就是能挤进八个邻居的离子的结构。它是两种经典的 1:1 立方结构中的第二种,出现在阳离子大到足以同时舒适地接触八个环绕阴离子的时候。CsCl 本身是它的命名者,但同样的花样也出现在某些金属间合金中。

想象八个氯离子构成一个简单立方体,每个顶角一个。把一个铯离子放进立方体的正中心,它便平等地接触全部八个氯——配位数为 8。由对称性,每个氯也同样被相邻立方体中的八个铯环绕,所以这是 8:8 配位。一个有用的描述:两套相互穿插的简单立方点阵,一套是 Cs+、一套是 Cl-,一种离子坐在另一种立方体的体心。晶胞中只含一个 CsCl 化学式单元(Z = 1)——八个顶角氯各被八重分摊给出一个氯,再加上中心那一个铯。请注意,这里的阴离子并非密堆积;这是简单立方而非密堆积排列。

当阳离子与阴离子的半径比较大时(约大于 0.732),氯化铯结构受青睐,因为只有这样阳离子才大到能让八个阴离子互不重叠。所以它被 CsCl、CsBr、CsI、适当温度下的铵卤化物,以及像 β-黄铜(CuZn)这样的有序合金所采用。甚至同一化合物也能切换结构:KCl 等若干化合物在高压下会从岩盐转变为氯化铯排列,高压把离子压进更高的配位。NaCl 与 CsCl 的对照,是教科书里证明决定结构的是离子大小而不仅是电荷的经典例子。

铯与氯都是大离子,半径比大于 0.732,所以 CsCl 形成 8:8 结构而非岩盐结构。但若把岩盐型的 KCl 加足够的压力,它也会翻转成氯化铯排列——这证明配位是大小的一种平衡,压力可以使其倾斜。

较大的半径比使 CsCl 成为 8:8 结构;高压能把半径比较小的盐推入同一形态。

CsCl 晶胞是简单立方、体心有一个离子——严格来说它并非体心立方,因为顶角与中心是不同的离子种类,并非等价的点阵点。

又称
CsCl structurecaesium chloride structure氯化铯型结构