集群节点数和分片数关系_离子晶体配位数与离子半径比的关系
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教师简介
东北育才双语学校化学教师,东北育才学校学科特长发展中心化学竞赛教练员,辽宁省普通高中学业水平合格性考试命题专家库成员,2019年、2020年沈阳市高三模拟考试命题人,郑长龙教授主持的全国教育科学规划一般课题(BHA170131)《“素养为本”化学课堂教学设计与实施》主要参加人,在《中学化学教学参考》、《辽宁招生考试》等核心期刊发表论文数篇。芦峰老师擅长本科与高中化学知识的连接,以本科知识视野解析高中内容,以大观念视角设计模块教学,从“化学认识”,到“科学认识”,再到“哲学认识”,三个维度设计教学内容,深受学生喜爱。
名师观点
人教版高中化学教材《选修3 物质结构与性质》78-79页,对离子晶体配位数与离子半径的比设置了“科学探究”栏目。但是在实际的一线教学中,很多课堂并没有对该栏目内容进行深度挖掘,甚至没有进行介绍。
本文,芦老师带同学们探究离子晶体配位数与离子半径比的关系。我们介绍三种AB型离子晶体的晶胞,CsCl、NaCl和立方ZnS,以此为基础进行探究。下图中灰色球表示阴离子,白色球表示阳离子。
对于 AB 型的离子晶体 CsCl,NaCl 和 ZnS 来说,阴、阳离子的比例都是1:1,但形成了三种不同的晶体构型,配位数依次为8、6和4。当阴、阳离子结合成离子晶体时,为什么会形成配位数不同的空间构型呢?这是因为某种结构下该离子晶体最稳定,体系的能量最低。
在离子晶体中,当阴、阳离子处于最密堆积时,体系的能量最低。密堆积,即离子间采取空隙最小的排列方式。因此在可能条件下,为了充分利用空间,较小的正离子总是尽可能地填在较大的负离子的空隙中(注意,负离子的半径一般都大于正离子,与电子层数无关),形成稳定的晶体。
下面以配位数为 6 的 NaCl 晶体为例说明正、负离子半径比与配位数的关系。
在配位数为 6 的面心立方晶胞中,离子间的接触情况有三种:
我们从六配位的介稳状态(c)出发,探讨半径比与配位数之间的关系。
根据阴、阳离子间和阴、阴离子间都互相接触的 4 配位和 8 配位的图形,同样可以分别计算出配位数为 4和 8 的离子晶体的阴、阳离子半径比分别为 0.225 和0.732 。
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