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C博士專欄 ，專注于電池電化學領域的博士及專家們的專欄。本欄目特邀請公衆号“康橋電池能源CamCellLab”的特約撰稿人查爾斯博士，他多年從事電池電化學方面的研究工作。去年他在本公衆号開專欄，介紹電池知識，獲得很好的反響。今年他開始介紹一些大學化學知識，非常精彩，看内容！
圖1：烏克蘭洞穴深處發現的石膏晶體
圖1是在烏克蘭洞穴深處發現的石膏晶體由 CaSO4·2H2O組成。鈣離子和硫酸根離子在原子尺度上通過離子鍵結合，令人驚奇的是，這種原子尺度的離子鍵結合可以形成特征晶體形狀，而被人類通過肉眼所識别。
圖2：金屬鈉與氯氣反應生成離子化合物氯化鈉。
通過離子鍵結合形成的物質可以叫做離子化合物。通常是由元素周期表左側的金屬與右側的非金屬（不包括稀有氣體有氣體，第 18 族）相互作用産生的。例如，當金屬鈉 Na(s) 與氯氣 Cl2(g) 接觸時，會發生劇烈反應。這種放熱的反應的産物是氯化鈉，NaCl(s)：
圖3：氯化鈉的晶體結構。
氯化鈉由以三維陣列排列的 Na 和 Cl-離子組成。
從 Na 生成 Na 和從 Cl2 生成 Cl- 表明：鈉原子失去了一個電子，而這個電子被氯原子得到了。也就是說，電子從Na 原子轉移到 Cl 原子。原子有兩個性質來表明電子轉移的難易程度：電離能，表示電子從原子中移出的難易程度；電子親和力，它衡量一個原子獲得電子時釋放的能量。
當一個原子很容易放棄一個電子（低電離能）而另一個原子很容易獲得一個電子（高電子親和力）時，就會發生電子轉移以形成帶相反電荷的離子。因此，NaCl 是一種典型的離子化合物，因為它由低電離能的金屬和高電子親和力的非金屬組成。使用劉易斯符号，我們可以将此反應表示為
藍色箭頭表示電子從 Na 原子轉移到 Cl 原子。每個離子都有一個八電子穩定結構，Na 的電子排列是2s22p6 ，也就是失去3s價電子後的電子構型。我們在氯離子周圍放置了一個括号，以強調所有八個電子都位于它上面。
離子化合物具有幾個特性。它們通常是具有高熔點的脆性物質。它們通常是結晶的。此外，離子化合物通常可以裂解，也就是說，它們沿着光滑、平坦的表面分開。這些特性是由靜電力産生的，該靜電力将離子保持在剛性、邊界明确的三維排列中，如圖 3 所示。
下期劇透：形成離子鍵的能量
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