Ионные кристаллические структуры

Ионные твердые тела обычно плотно упакованы в кристаллическую решетку. Однако заряды и размеры ионов сильно влияют на их конфигурацию упаковки, что приводит к значительным изменениям кристаллической структуры и координационного числа. Например, хлорид цезия, у которого оба иона близки по размеру, напоминает примитивную кубическую решетку хлорид-анионов с катионами цезия в центрах.

Элементарной ячейке хлорида цезия принадлежит один хлорид-анион и один катион цезия. Каждый ион цезия окружен восемью ионами хлора и наоборот, что дает координационные числа цезия и хлора восемь. Хлорид натрия напоминает гранецентрированную кубическую решетку из хлорид-анионов, причем меньшие катионы натрия занимают пространство между анионами.

Разница в ионных радиусах приводит к тому, что каждый катион натрия взаимодействует только с шестью хлорид-анионами и наоборот, с четырьмя хлорид-анионами и четырьмя катионами натрия, относящимися к элементарной ячейке. Это часто называют структурой каменной соли. Сульфид цинка имеет даже большую разницу в ионных радиусах, чем хлорид натрия, что приводит к структуре цинковой обманки.

Хотя расположение сульфидов напоминает гранецентрированную кубическую решетку, катионы цинка расположены внутри тетраэдров сульфид-анионов, что приводит к координационному числу четыре. Лишь половина всех возможных тетраэдрических дырок"занята катионами цинка, остальные остаются пустыми. В элементарной ячейке четыре сульфидных аниона и четыре катиона цинка.

Отношение катионов к анионам также влияет на структуру ионного твердого вещества. Фторид кальция, который имеет один катион и два аниона, имеет структуру флюорита. Здесь катионы расположены в гранецентрированной кубической решетке, причем анионы занимают все тетраэдрические дырки.

В элементарной ячейке есть четыре катиона кальция, каждый с координационным числом восемь, и восемь фторид-анионов, каждый с координационным числом четыре. Структуру антифторита демонстрируют такие соединения, как оксид натрия, который имеет два катиона и один анион. Здесь анионы расположены в гранецентрированной кубической решетке с катионами, занимающими восемь тетраэдрических отверстий.