离子键和离子化合物

氯化钠（NaCl）是最典型的离子化合物，它是食盐的主要成分。它易溶于水，熔点较高（801℃），熔融状态的氯化钠能导电，电解产物是金属钠和氯气：

2NaCl ^熔^融→2Na + Cl

电解 2

反之，金属钠在氯气中燃烧，Na 和 Cl2 就化合生成 NaCl。那未钠原子和氯原子之间是靠什么样的作用力相结合的呢？从原子核外电子结构看，化学性质很稳定的稀有气体如氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）等亦称惰性气体， 它们的外层电子结构都是 s2p6，也可以说 s2p6（八电子）是一种稳定的电子结构。从附录 1，可知，钠原子和氯原子的核外电子排布分别是：

₁₁Na：

₁₇ Cl：

1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ 1s² 2s² 2p⁶3p⁵

钠原子失去 3s1 电子而成钠离子 Na+（2），这是稳定的 s2p6 全充满状态。

而氯原子获得 1 个电子则成氯离子 Cl-（1s22s22p63s23p6），这也是稳定的s2p6 状态。带正电的 Na+和带负电的 Cl-借静电作用力相结合，这种强烈的静电作用力称为离子键，由离子键结合成的化合物叫离子化合物①，得电子或失电子的数目叫电价数。氯化钠晶体实际上就是这些 Na+和 Cl-相间配置而成，见图 3－1（a）。可以将正负离子近似看成球形，每个离子都尽可能多地吸引异号离子而紧密堆积，见图 3－1（b）。

IA 主族碱金属原子核外层都有 s1 电子，都容易失去一个电子而成+1 价的正离子，而ⅦA 主族卤素原子核外电子结构是 s2p5，它们都容易得到一个电子而成－1 价负离子。所以碱金属和卤素借离子键形成离子化合物，如氯化钾（KCl）、氯化铯（CsCl）、氟化铯 CsF）、溴化钾（KBr）等。随正负离子半径大小不同离子的堆积方式有所差别。如铯原子比钠原子大，所以每个 Cs+的周围可以配置 8 个 Cl，而 1 个 Na+的周围只能配置 6 个 Cl-。

氯化镁的化学式是 MgCl2 而不是 MgCl，氧化镁的化学式不是 MgO2，而是MgO，这从核外电子排布、化学键的价数考虑，都是容易理解的：

₁₂ Mg：

₁₇ Cl：

₈ O：

1s² 2s² 2p⁶ 3s²

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

1s² 2s² 2p ⁴

Mg 失去 2 个 3s 电子，成为 2s22p6 稳定结构，而 O 得 2 个电子，也形成2s22p6 结构，所以 Mg2+和 O2-形成 MgO，而 Cl 得 1 个电子即可形成 3s23p6 结

① 尹炼.能源的地位、问题、对策——对我国新能源战略的评估与对策探讨，科技导报，1993（7）：

构，所以 Mg2+可以和 2 个 Cl-化合而成 MgCl2。

原子的电负性表明原子对成键电子吸引能力的大小，参看表 1－7，周期表里位于右上方的非金属电负性较大，位于左下方的金属电负性较小。电负性差别越大的原子间越容易形成离子化合物。如 NaCl，CsCl，CaF2 等都是典型的离子化合物。

正负离子间的静电作用力是很强的，室温下离子化合呈固态，熔点都较高（NaCl 的熔点是 801℃，CsCl 是 646℃，CaF2 是 1360℃）。熔融状态的离子化合物可以导电。

离子键的强度可用晶格能（U）的大小来衡量，晶格能是指 1mol 离子晶体解离成自由气态离子所吸收的能量。如 NaCl 的晶格能为 786kJ·mol-1，即

NaCl(s)→Na(g) + 1 Cl

2 2

(g)

U = 789kJ • mol ⁻¹

CsCl 的晶格能为 657kJ·mol-1，CaF2 则是 2609kJ·mol-1。晶格能的大小与正负离子电荷数成正比，与正负离子间的距离成反比。晶格能越大，即正负离子间的结合力越强，所以晶体的熔点就越高，硬度也越大。表 3－1 列举了几种离子晶体中电荷数（z），离子间距离（r0）与晶格能、熔点、硬度的关系。

表 3 － 1 晶格能*与晶体性质

*晶格能可以用实验数据间接计算，也可以做理论计算。硬度标准分 10

级，等级越高，表示物质越硬。如金刚石的硬度为 10 级，石英（SiO2）为 7

级，方解石（CaCO3）为 3 级等。