在离子品体中,相互接近的正、负离子必将以各自的电场对被此电子云和原子核产生作用,例如,阳离子吸引阴离子的电子,排斥阴离子的原子核,结果使阴离子的电子云变形而与原子核发生相对位移(图4-35)产生偶极,从而在正、负离子之间附加一种作用力,这种现象称为离子极化。
离子极化的程度取决于离子的极化力和变形性。一般说来,离子的半径越小、电荷越多,产生的电场强度越大,离子的极化力就越强;而离子的变形性却随着离子半径的增大而变大。在离子的半径相近和电荷相同时,离子的电子构型对离子的极化力和变形性产生决定性影响,一般都是非稀有气体构型离子(即外层电子构型为18,(18+2),(9~17)电子构型)的极化力和变形性都大于稀有气体构型离子(即8电子构型)。
通常阳离子的半径较小,阴离子的半径较大,所以在考虑阴、阳离子的极化作用时,主要考虑阳离子的极化力,阴离子的变形性,即阳离子对阴离子的极化作用。但当阳离子为非稀有气体构型离子时,其变形性也很大,这时阴离子被极化所产生的诱导偶极又使阳离子变形,阳离子变形产生的诱导偶极反过来又会加强阳离子对阴离子的极化力,使阴离子进一步变形,这种效应叫做附加极化作用,附加极化作用使正、负离子之间的极化作用加强。
离子间的极化使电子云变形而彼此重叠渗透,核间距缩短,键的离子性成分减少,共价键成分增加,可能造成键型变异,有时还伴随配位数下降,晶型改变,从而导致性质的改变。例如AgX系列中,Ag+18电子构型离子,其极化力和变形性都较强,卤素离子的变形性由F-到I-逐渐增大,Ag+与X-之间的相互极化作用依次增强,致使AgX系列中,因电子云重叠程度增加,键键型由典型的离子键(AgF),经过渡键型(AgCl、AgBr)变成共价键(AgI);因核间距缩短,配位数下降,晶型由NaCl型(AgF、AgCl、AgBr)变成ZnS型(AgI)。相应的出现卤化银的颜色加深,溶解度减小,热稳定性降低等,详见表4-16。
表4-16 离子极化对卤化银的结构和性质的影响
卤化银(AgX) | AgF | AgCl | AgBr | AgI | |
r(Ag+)/pm | 126 | 126 | 126 | 126 | |
r(X-)/pm | 136 | 181 | 196 | 216 | |
核间距/pm |
理论值 实测值 |
262 246 16 |
307 277 30 |
322 288 34 |
342 299 43 |
键型 |
离子性成分/% 键型 |
67 离子键 |
25 过渡型键 |
18 过渡型键 |
9 共价键 |
晶型 |
r(Ag+)/r(X-) 理论预测 实测 |
0.926 CsCl型 NaCl型 |
0.696 NaCl型 NaCl型 |
0.643 NaCl型 NaCl型 |
0.583 NaCl型 ZnS型 |
性质 |
颜色 溶解度/mol·L-1 分解温度/℃ |
白色 14 很高 |
白色 1.3×10-5 较高 |
浅黄色 7.1×10-7 700 |
黄色 9.2×10-9 552 |
例4-12 用离子极化观点解释NaCl熔点高于AsCl。
解:两种化合物中负离子相同,正离子Na+和Ag+的半径相近近,但Ag+为18电子构型,Na+为8电子构型,前者的变形性远大于后者,极易极化。共价键的成分更多,向分子晶体转化;Na+的变形性小,晶体中的化学键为离子键,离子间的作用力大,故NaCl为典型的离子晶体,熔点高于AgCl。