理论教育 质点大小及其相对影响

质点大小及其相对影响

时间:2023-06-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:组成晶体的质点在一定条件下达到平衡时,质点间保持一定的距离。该距离反映了质点的相对大小。对金属晶体,采用配位数为12的同素异构体中的原子半径,该半径被称为Goldschmidt原子半径。1923年,J.A.Wasastjerna根据折射指数与离子相对体积的关系,定出了一些离子的半径。温度升高,质点间的距离增加,原子半径增大;压力增加,质点间的距离减小,原子半径也减小。

质点大小及其相对影响

组成晶体的质点在一定条件下达到平衡时,质点间保持一定的距离。该距离反映了质点的相对大小。我们在前面用刚性球模拟了原子的堆积,但实际上原子不是刚性球,而且电子云也没有明确的界限,因此人们对原子大小的概念是模糊的。X射线出现后,人们可根据晶体的X射线衍射测出晶胞参数。虽然这些质点不是刚性球,但为使问题简化、抓住主要问题,人们还是假设它们是刚性球,且最近邻质点相切。这样,最近邻质点间的距离就分别等于这两个质点的半径之和。

金属和共价晶体中的原子半径定义为两个最近邻原子核间距的一半,但原子半径又不是一个确定值。在共价晶体中,原子半径取决于是单键、双键还是三键。在金属晶体中,原子半径与配位数有关。这给分析、比较元素对晶体结构的影响带来不便。为此,对共价晶体人们通常采用单键共价的原子半径。对金属晶体,采用配位数为12的同素异构体中的原子半径,该半径被称为Goldschmidt原子半径。例如,面心立方结构的Al,CN=12,用X射线衍射测出晶胞参数a=404.96 pm,由此可计算出Al的原子半径为R=143.2 pm。

对离子晶体,一般采用正、负离子的半径r+、r-表示,但X射线衍射只能测出正、负离子的核间距r=r++r-。比如用X射线可测得NaCl晶体晶胞的边长是564.02 pm。由NaCl晶体结构(图2.26),我们知道这一距离是一个Na+与一个Cl-中心间距的两倍,即r=2(r++r-)=564.02 pm,即r++r-=282.01 pm,但正负离子的半径r+、r-无法准确确定。1923年,J.A.Wasastjerna根据折射指数与离子相对体积的关系,定出了一些离子的半径。1927年Goldschmidt采用Wasastjerna的数据,从离子晶体得出的平衡距离数据,推出了八十多种离子的半径。Goldschmidt和Wasastjerna采用的O2-的半径都为132 pm。后来,Pauling在《化学键的本质》一书中提出基于有效核电荷的离子半径,给出的O2-的半径为140 pm。1976年,Shannon根据离子的配位数、自旋态等提出Shannon离子半径。(www.daowen.com)

尽管不同的学者给出了不同的离子半径,但这些半径都反映了质点间存在相对距离这一实质。原子和离子半径还与多种因素有关。配位数不同,原子半径往往也不同。如Si4+,CN=4时,r+=26 pm;CN=6时,r+=40 pm。温度升高,质点间的距离增加,原子半径增大;压力增加,质点间的距离减小,原子半径也减小。在材料学中,离子半径常采用Shannon的数据,见附录3。

现在若知道MgO的晶体结构与NaCl一样,即Mg占据Na的位置,O占据Cl的位置,Mg2+、Cl-的半径分别为78 pm、132 pm,你能估算出MgO的密度吗?

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