氟化钙(CaF₂)晶体结构

实验目的

认识CaF₂晶胞结构,会计算离子个数并判断配位数。

实验原理

CaF₂是离子晶体,Ca²⁺与F⁻以离子键结合。Ca²⁺位于晶胞的顶点和面心(面心立方排列),F⁻位于晶胞内部8个小立方体的中心。晶胞中Ca²⁺数 = 8×1/8 + 6×1/2 = 4,F⁻数为8,个数比1∶2。Ca²⁺的配位数为8,F⁻的配位数为4。

实验器材

• 氟化钙三维晶胞模型
• Ca²⁺
• F⁻
• 晶胞内部的F⁻位置

实验步骤

1. 旋转晶胞,辨认Ca²⁺和F⁻两种离子。
2. 用均摊法数出晶胞中Ca²⁺的个数。
3. 数出完全在晶胞内部的F⁻个数。
4. 任选一个Ca²⁺,数出紧邻的F⁻个数,得到其配位数。
5. 任选一个F⁻,数出紧邻的Ca²⁺个数,得到其配位数。

实验现象与结论

晶胞中Ca²⁺为4个、F⁻为8个,个数比1∶2,与化学式CaF₂相符。Ca²⁺周围有8个F⁻,F⁻周围有4个Ca²⁺。结论:CaF₂为离子晶体,配位数之比为8∶4。

常见问题

CaF₂晶胞中Ca²⁺和F⁻的配位数分别是多少?

Ca²⁺的配位数为8,F⁻的配位数为4。

为什么晶胞中F⁻是Ca²⁺的2倍?

由化学式CaF₂决定:一个晶胞含4个Ca²⁺、8个F⁻,正负电荷总数相等。