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晶体熔沸点探秘

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晶体熔沸点探秘

作者:王双丽

来源:《中学化学》2015年第05期

1. 原子晶体

原子晶体的熔沸点一般很高,在这类晶体中,占据在晶格结点上的质点是原子,原子间是通过共价键相互结合在一起的,在原子晶体中不存在单个的小分子,而是把整个晶体看成是一个大分子。在这类晶体中由于原子之间的共价键十分强,又具有饱和性和方向性,即键的强度较高,要拆开这种原子晶体中的共价键需要消耗较大的能量,所以原子晶体一般具有较高的熔沸点。例如,金刚石的熔点为3849 K、沸点为5100 K,二氧化硅的熔点为1973 K、沸点为2503 K。但需要指出原子晶体的熔化甚至沸腾并不需要破坏所有的共价键。例如,原子晶体SiO2气化过程为:

SiO2(s)→O=Si=O(g)

由此可见SiO2的气化是把SiO4四面体中的4个强的Si-O σ键变成2个σ键和2个较弱的π键。由于共价键的键能大,即使实现上述的转化也需消耗很多能量,故SiO2的熔沸点很

高。

2. 离子晶体

离子晶体的晶格结点是正负离子。正负离子之间通过静电引力结合在一起,这种化学键称为离子键[离子键的键能:拆开

1 mol气态“离子键分子”(例如Na+ Cl-)得到气态中性原子(Na和Cl)所需要的能量。例如,NaCl的键能为450 kJ·mol-1。因气态离子型分子通常遇不到,故该定义实用价值不大]。正负离子的空间排布情况不同,离子晶体的空间结构也不同。一般决定离子晶体空间构型的因素有正负离子的半径比的大小、离子的电子层构型、离子的数目、正负离子的相互极化程度以及外界条件等。离子晶体中,一个离子周围异电性离子的个数受离子半径比等因素制约,没有饱和性和方向性。离子晶体中离子间的化学作用力并不限于一对正负离子之间,而是遍及所有离子之间。整个离子晶体中离子之间的静电作用力是所有这些离子的静电吸引力和排斥力的总和,称为晶格能(点阵能)[晶格能(U):是将1mol离子晶体里的正负离子(克服晶体中的静电引力)完全气化而远离所需要吸收的能量(数符为+)。例如,NaCl(s)→Na+(g)+Cl-(g)U=786 kJ·mol-1]。晶格能的大小主要与离子晶体中离子电荷、离子间核间距等因素有关(电荷越高、半径越小,晶格能越大),此外晶格能还与离子晶体中离子的排列方式(结构类型)有关。晶格能越大,离子晶体的熔沸点越高。需要指出的是,由于以离子键结合的离子化合物在气相中并不是以单个离子而是以离子对、甚至离子群的形式存在,气化的离子晶体只需克服晶格能与离子对或离子群的内部所具有的静电作用能之差即可。经测定实际气化

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