图示解析:矿物中的离子交互与晶体形成
图1展示: 乌克兰深邃内发现的石膏晶体之美
石膏晶体,其化学式为CaSO4·2H2O,是在乌克兰某处的深处被发掘出来的。在微观世界里,钙离子与硫酸根离子通过离子键相互联结,构成了一个个特征鲜明的晶体结构,这样的结构得以让人类用观看到它们的存在。
图2展示: 金属与非金属的化学反应 - 钠与氯的离子结合
化学世界中,通过离子键结合的物质被称为离子化合物。这通常是由元素周期表中左侧的金属元素与右侧的非金属元素(不包括稀有气体和第18族元素)间的相互作用所形成的。当金属钠Na(s)与Cl2(g)相遇时,会产生剧烈的放热反应,其产物便是离子化合物氯化钠NaCl(s)。
图3揭示: 氯化钠的晶体构造之秘
氯化钠是由以三维形式排列的Na+和Cl-离子所构成。这些离子在空间中以特定的方式排列,形成了稳定的晶体结构。
从钠原子到钠离子的转变,以及从分子到氯离子的变化,都揭示了电子转移的过程。钠原子失去一个电子,而这个电子被氯原子所接受。这种电子的转移是基于原子的两个重要性质:电离能和电子亲和力。电离能表示原子释放电子的难易程度,而电子亲和力则衡量一个原子接受电子时所释放的能量。
当一对原子中,一个原子拥有较低的电离能而另一个拥有较高的电子亲和力时,它们之间的电子转移就会发生,从而形成带有相反电荷的离子。氯化钠就是这样一种典型的离子化合物,它由具有低电离能的金属钠和具有高电子亲和力的氯元素结合而成。利用刘易斯符号,我们可以更清晰地表示这一电子转移的过程。
蓝色箭头的含义: 表明了电子从钠原子转移到氯原子的路径。每个离子都达到了一个稳定的八电子结构。例如,钠离子的电子构型为2s22p6,表示它已经失去了足够的电子以达到稳定状态。我们在氯离子的表示中加上括号,是为了强调其周围的八个电子。
离子化合物具有多种独特的物理性质。它们通常是高熔点的脆性物质,具有结晶的结构。离子化合物还具有可裂解性,意味着它们可以沿着平滑、平坦的表面被分离。这些特性都是由离子间的静电力所决定的,静电力将离子维持在规则的三维排列中,如图3所示。
下期预告: 探讨形成离子键所需能量的奥秘。