离子键与离子化合物Ionic Bonds and Ionic Compounds

食盐为什么这么“结实”？

食盐要加热到 801 °C 才会熔化；它的晶体又硬又脆，一敲就碎。固体食盐不导电，熔化或溶于水后却能导电。1.3.6 节说过，氯化钠由 Na⁺ 和 Cl⁻ 构成。这一节来看：把这些离子结合在一起的作用是什么，有多强。

离子键

带相反电荷的离子之间的相互作用叫做离子键ionic bond。这种作用主要是阴、阳离子之间的静电吸引；离子靠得太近时，原子核之间、电子之间的排斥又会增大，吸引和排斥达到平衡，离子就保持在一定的距离上。

• 哪些元素之间形成离子键： 一般是活泼金属（ⅠA、ⅡA 族）和活泼非金属（ⅥA、ⅦA 族）之间。用 2.3.5 节的话说，两种元素的电负性相差很大（一般大于 1.7）时，电子几乎完全转移，形成离子键。
• 含有离子键的化合物叫做离子化合物ionic compound。除了 NaCl、MgO 这样的金属氧化物和卤化物，强碱（如 NaOH、KOH）和大多数盐（包括不含金属元素的铵盐，如 NH₄Cl）也都是离子化合物。

用电子式表示形成过程

人教版课本要求用电子式表示离子化合物的形成过程：左边写出各原子的电子式，用弯箭头表示电子从哪个原子转移到哪个原子；右边写出离子化合物的电子式。写的时候要注意：

• 阳离子的电子式就是离子符号，如 Na⁺、Mg²⁺；阴离子要画出最外层的 8 个电子，加方括号，并在右上角标出电荷。
• 相同的离子不能合并：MgCl₂ 的电子式要把两个 Cl⁻ 分开写在 Mg²⁺ 的两边。
• 为了看清电子的来去，常把金属原子的电子画成“×”，非金属原子的电子画成“·”。

选一种金属和一种非金属，看电子怎样转移、各需要几个原子；再切换到“离子键的强弱”，比较几种离子化合物的晶格能：

离子化合物的结构和性质

在离子化合物中，阴、阳离子在三维空间里有规则地排列，形成离子晶体ionic crystal。在氯化钠晶体里，每个 Na⁺ 周围有 6 个 Cl⁻，每个 Cl⁻ 周围也有 6 个 Na⁺。整块晶体里没有单独的“氯化钠分子”，化学式 NaCl 只表示晶体中 Na⁺ 和 Cl⁻ 的个数比是 1 : 1。

离子化合物的性质都和这种结构有关：

• 熔点、沸点高： 要熔化，就得削弱遍布整块晶体的离子键，需要很多能量。
• 硬而脆： 受到敲击时，一层离子错开，同种电荷的离子相对，互相排斥，晶体就碎了（2.4.3 节会用动画比较）。
• 固体不导电，熔化或溶于水后导电： 固体中的离子被固定在晶格里；熔化或溶解后，离子能自由移动。

离子键有多强：库仑定律

2.3.2 节学过库仑定律。两个离子之间的相互作用能大致满足：

q₁、q₂ 是两种离子的电荷，r 是它们之间的距离（大约等于两种离子的半径之和）。所以：

• 离子的电荷越多，离子键越强。 MgO 的两种离子都带 2 个单位电荷，乘积是 NaF 的 4 倍。
• 离子越小，离子之间越近，离子键越强。 从 NaF 到 NaI，阴离子越来越大，离子键逐渐减弱。

衡量离子键强弱的一个量是晶格能lattice energy：把 1 mol 离子晶体（比如 1 mol NaCl，含 6.022 × 10²³ 个 Na⁺ 和同样多的 Cl⁻；mol 见 2.2.2 节）完全拆开、变成相距很远的气态离子所需要的能量。晶格能越大，离子键越强，熔点一般也越高。NaCl 的晶格能是 786 kJ/mol，MgO 是 3791 kJ/mol。

例题 1：MgCl₂ 是怎样形成的？

用电子式表示氯化镁的形成过程。

例题 2：比较熔点

不查数据，把 NaCl、MgO、KCl 按熔点从高到低排列。

常见误区

即时小测

小结

• 离子键是带相反电荷的离子之间的相互作用，一般在活泼金属和活泼非金属之间形成；含有离子键的化合物是离子化合物。
• 用电子式表示形成过程：弯箭头表示电子转移；阴离子加方括号、标电荷，相同的离子不合并。
• 离子晶体中没有分子；离子化合物熔沸点高、硬而脆，熔化或溶于水后导电。离子电荷越多、半径越小，离子键越强，晶格能越大。