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鹽

  呢篇文講一系列化學品嘅總稱。
  • 想搵調味料嘅話，請睇食鹽。
  • 想搵更籠統、有正負離子嘅化合物嘅話，請睇離子化合物。

喺化學，根據最常見定義，鹽（英文：Salt）係可以由酸加鹼中和而成嘅離子化合物。所有鹽都屬於離子化合物，但係唔係所有離子化合物都係鹽。不過，根據IUPAC，鹽同離子化合物係同一樣嘢，唔一定係可以由酸加鹼中和而成。[1]鹽常見嘅例子有氯化鈉，而唔係可以由酸加鹼中和而成嘅離子化合物嘅例子有氫氧化鈉。

食鹽水

鹽入面嘅組成離子可以係無機嘅，例如氯離子（Cl−），又或者係有機嘅，例如醋酸根離子（CH3COO−）。每種離子可以係單原子嘅（叫做簡單離子），例如氯化鈉入面嘅鈉（Na+）同氯離子（Cl−），亦可以係多原子嘅，例如碳酸銨入面嘅銨（NH+4）同碳酸根（CO2−3）離子。含有鹼性離子氫氧根（OH−）或者氧離子（O2−）嘅鹽，會分類做鹼，例如氫氧化鈉同氧化鉀。

鹽裡面嘅個別離子通常有多個近鄰，所以唔會當佢哋係分子嘅一部分，而係一個連續三維網絡嘅一部分。鹽喺固體狀態通常會形成晶體結構。

由細離子組成嘅鹽，通常有高熔點同沸點，而且又硬又脆。佢哋做固體嗰陣幾乎都係絕緣體，但係熔咗或者溶解咗之後就會變得好有電導性，因為啲離子變得可以郁。有啲鹽有大陽離子、大陰離子，或者兩樣都有。喺性質方面嚟講，呢啲物種通常更加似有機化合物。

發現歷史

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由W. H. Bragg研發嘅X射線光譜儀

1913年，氯化鈉嘅結構由威廉·亨利·布拉格同佢個仔威廉·勞倫斯·布拉格測定咗。[2][3][4] 呢個結果顯示每個原子有六個等距嘅最近鄰，證明咗啲成分唔係排成獨立分子或者有限嘅聚集體，而係一個有長程晶體有序性嘅網絡。[4] 好多其他無機化合物亦都發現有類似嘅結構特徵。[4] 呢啲化合物好快就俾人描述做係由離子而唔係中性原子構成，但係呢個假說嘅證明一直到1920年代中期，做咗X射線反射實驗（呢啲實驗可以探測電子密度）之後，先至搵到。[4][5]

對離子晶體結構理論處理發展嘅主要貢獻者係馬克斯·玻恩、弗里茨·哈伯、阿爾弗雷德·朗德、埃爾溫·馬德隆、保羅·彼得·埃瓦爾德，同埋卡西米爾·法揚斯。[6] 玻恩基於離子成分嘅假設預測咗晶體能量，呢個預測同熱化學測量結果好吻合，進一步支持咗呢個假設。[4]

形成

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石鹽，即係氯化鈉嘅礦物形式，係鹽水蒸發後留低啲離子形成嘅。
 
固體硫酸鉛(II) (PbSO4)

好多金屬例如鹼金屬會同電負性高嘅鹵素氣體直接反應形成鹽。[7][8]

鹽會喺佢哋嘅溶液蒸發嗰陣形成。[9] 一旦溶液過飽和，固體化合物就會成核。[9] 呢個過程喺自然界廣泛發生，亦係蒸發岩礦物形成嘅方式。[10]

唔溶嘅鹽可以透過混合兩種溶液嚟沉澱出嚟，一種溶液有陽離子，另一種有陰離子。因為所有溶液都係電中性嘅，混合嘅兩種溶液亦都一定要有帶相反電荷嘅抗衡離子。為咗確保呢啲離子唔會污染沉澱出嚟嘅鹽，確保佢哋唔會跟住一齊沉澱係好重要嘅。[11] 如果兩種溶液用氫離子同氫氧根離子做抗衡離子，佢哋會互相反應，發生所謂嘅酸鹼反應或者中和反應，生成水。[12] 或者，可以揀啲抗衡離子去確保就算混合成單一溶液，佢哋都會以旁觀離子嘅形式保持溶解狀態。[11]

如果喺蒸發法或者沉澱法度，溶劑係水，好多情況下，形成嘅離子晶體亦都會包含結晶水，所以產物就叫做水合物，同無水物相比，可以有非常唔同嘅化學性質。[13]

熔鹽喺冷卻到佢哋凝固點以下嗰陣會凝固。[14] 呢個方法有時會用喺由固體反應物進行固相合成複雜鹽，首先將佢哋一齊熔化。[15] 喺其他情況下，固體反應物唔需要熔化，而係可以透過固相反應路線嚟反應。用呢個方法，反應物要重複咁精細研磨成漿狀，然後加熱到一個溫度，令相鄰反應物嘅離子可以喺反應混合物留喺焗爐裡面嘅期間互相擴散。[8] 其他合成路線會用一種有正確化學計量比例嘅固體前驅物，加熱佢嚟趕走其他物種。[8]

喺一啲高活性金屬（通常嚟自鹼金屬或者鹼土金屬）同高電負性嘅鹵素氣體或者水嘅反應裡面，原子可以透過電子轉移嚟離子化，[16] 呢個過程可以用玻恩-哈伯循環從熱力學角度去理解。[17]

鹽係透過成鹽反應形成嘅：

鹼同酸，例如：NH3 + HCl → NH4Cl

金屬同酸，例如：Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2

金屬同非金屬，例如：Ca + Cl2 → CaCl2

鹼同酸酐，例如：2 NaOH + Cl2O → 2 NaClO + H2O

酸同鹼酐，例如：2 HNO3 + Na2O → 2 NaNO3 + H2O

喺鹽複分解反應裡面，將兩種唔同嘅鹽喺水度混合，佢哋嘅離子會重新組合，而新生成嘅鹽唔溶水，會沉澱出嚟。例如：

  • ： Pb(NO3)2 + Na2SO4 → PbSO4↓ + 2 NaNO3

鍵合

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一個示意電子層圖，展示鈉同氟原子進行氧化還原反應形成氟化鈉。鈉失去佢嘅外層電子，令佢有穩定嘅電子排布，而呢個電子進入氟原子係放熱嘅。帶相反電荷嘅離子——通常係好多好多個——然後會互相吸引形成固體。
内文：離子鍵

鹽裡面嘅離子主要係靠呢啲物體電荷分佈之間嘅靜電力維繫埋一齊，特別係由陰離子嘅淨負電荷同陽離子嘅淨正電荷之間嘅長程庫侖引力產生嘅離子鍵。[18] 亦都有一啲額外嘅細微吸引力嚟自范德華力，對於細離子嚟講，呢啲力只貢獻咗內聚能嘅大約1–2%。[19] 當一對離子夠近，令到佢哋嘅外層價電子層（最簡單嘅離子多數有閉合殼層）重疊嗰陣，就會產生一種短程嘅排斥力，[20] 呢個係因為泡利不相容原理。[21] 呢啲力之間嘅平衡會形成一個勢阱，喺原子核之間相隔一個特定嘅平衡距離嗰陣能量最低。[20]

如果兩個相互作用物體嘅電子結構受到對方存在嘅影響，共價相互作用（非離子性）亦都會對形成嘅化合物嘅總能量有貢獻。[22] 鹽好少係純離子性嘅，即係只係靠靜電力維繫。就算係電負性/電正性最大嘅配對（例如氟化銫入面嗰啲）之間嘅鍵，都表現出少量嘅共價性。[23][24] 相反，唔同原子之間嘅共價鍵經常會表現出某程度嘅電荷分離，可以當做有部分離子性。[22] 一種化合物會表現出離子性定共價性嘅情況，通常可以用法揚斯規則嚟理解，呢啲規則只係用到每種離子嘅電荷同大細。根據呢啲規則，最具離子性嘅化合物係由電荷低嘅大正離子同電荷高嘅細負離子鍵合而成。[25] 更普遍嚟講，可以應用軟硬酸鹼理論，根據呢個理論，最具離子性嘅化合物係由硬酸同硬鹼組成：即係細小、高電荷，而且陰陽離子之間電負性差異大嘅離子。[26][27] 呢種電負性差異意味住電荷分離，同埋產生嘅偶極矩，就算喺離子接觸嗰陣都得以維持（陰離子上多餘嘅電子唔會轉移或者極化去中和陽離子）。[28]

雖然化學家將理想化嘅鍵類型分類做離子鍵或者共價鍵，但例如氫鍵同金屬鍵呢啲額外類型嘅存在，令到一啲科學哲學家提出需要用其他方法去理解鍵合。例如可以應用量子力學去計算結合能。[29][30]

結構

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閃鋅礦結構嘅晶胞

晶格能係所有格點同所有其他格點相互作用嘅總和。對於唔可以極化嘅球形離子，只需要電荷同距離就可以釐定靜電相互作用能。對於任何特定嘅理想晶體結構，所有距離喺幾何上都同最細嘅核間距離有關。所以對於每種可能嘅晶體結構，總靜電能可以透過一個叫做馬德隆常數嘅乘法常數，同最近鄰距離嘅單位電荷靜電能關聯起嚟，[20] 呢個常數可以用埃瓦爾德求和方法有效咁計算出嚟。[31] 當對額外嘅排斥能假定咗一個合理嘅形式，總晶格能就可以用玻恩-朗德方程、[32] 玻恩-邁耶方程，或者喺冇結構資訊嘅情況下，用卡普斯汀斯基方程嚟模擬。[33]

用一個更加簡單嘅近似，將離子當做唔可以穿透嘅硬球，呢啲系統裡面陰離子嘅排列方式通常同球體嘅密堆積排列有關，而陽離子就佔據四面體或者八面體嘅間隙位置。[34][35] 根據鹽嘅化學計量，同埋陽離子同陰離子嘅配位（主要由半徑比決定），通常會觀察到各種各樣嘅結構，[36] 並且可以用鮑林規則喺理論上解釋。[37]

常見嘅陰離子密堆積離子化合物結構[36]
化學計量 陽離子:陰離子
配位數 		間隙位置 立方密堆積陰離子 六方密堆積陰離子
佔有率 臨界半徑
比 		名稱 馬德隆常數 名稱 馬德隆常數
MX 6:6 所有八面體位 0.4142[34] 氯化鈉 1.747565[38] 紅砷鎳礦 <1.73[a][39]
4:4 交替四面體位 0.2247[40] 閃鋅礦 1.6381[38] 纖鋅礦 1.641[4]
MX2 8:4 所有四面體位 0.2247 螢石 5.03878[41]
6:3 一半八面體位（交替層完全佔據） 0.4142 氯化鎘 5.61[42] 碘化鎘 4.71[41]
MX3 6:2 三分一八面體位 0.4142 溴化銠(III)[b][43][44] 6.67[45][c] 碘化鉍 8.26[45][d]
M2X3 6:4 三分二八面體位 0.4142 剛玉 25.0312[41]
ABO3 三分二八面體位 0.4142 鈦鐵礦 取決於電荷
同結構[e]
AB2O4 八分一四面體位同二分一八面體位 rA/rO = 0.2247,
rB/rO = 0.4142[f]		 尖晶石、反尖晶石 取決於陽離子
位置分佈[48][49][50]		 橄欖石 取決於陽離子
位置分佈[51]

有啲情況下，陰離子會採取簡單立方堆積，結果觀察到嘅常見結構有：

常見嘅陰離子簡單立方堆積離子化合物結構[44]
化學計量 陽離子:陰離子
配位數 		間隙位置佔有情況 結構例子
名稱 臨界半徑
比 		馬德隆常數
MX 8:8 完全填滿 氯化銫 0.7321[52] 1.762675[38]
MX2 8:4 填滿一半 氟化鈣
M2X 4:8 填滿一半 氧化鋰

有啲離子液體，特別係陰陽離子混合物，可以冷卻得夠快，令晶體冇足夠時間成核，於是就形成咗離子玻璃（冇長程有序）。[53]

缺陷

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弗倫克爾缺陷
 
肖特基缺陷
睇埋：晶體缺陷

任何離子晶體裡面，通常都會有啲缺陷。為咗保持晶體嘅電中性，涉及失去陽離子嘅缺陷會同失去陰離子相關聯，即係呢啲缺陷係成對出現嘅。[54] 弗倫克爾缺陷包含一個陽離子空位同一個陽離子間隙離子配對，可以喺晶體內部任何地方產生，[54] 最常出現喺配位數低、而且陽離子比陰離子細好多嘅化合物裡面。[55] 肖特基缺陷包含每種類型嘅空位各一個，喺晶體表面產生，[54] 最常出現喺配位數高、而且陰陽離子大細差唔多嘅化合物裡面。[55] 如果陽離子有多種可能嘅氧化態，咁陽離子空位就有可能補償喺有較高氧化數嘅陽離子位置上嘅電子不足，導致形成非整比化合物。[54] 另一種非整比嘅可能性係形成F中心，即係一個自由電子佔據咗一個陰離子空位。[56] 當化合物有三種或以上離子成分嗰陣，就可能有更加多種類型嘅缺陷。[54] 所有呢啲點缺陷都可以透過熱振動產生，並且有一個平衡濃度。因為佢哋喺能量上代價高昂，但喺熵方面有利，佢哋喺較高溫度下濃度會更高。一旦產生，呢啲成對嘅缺陷大致上可以獨立咁擴散，透過喺晶格位置之間跳躍。呢種缺陷嘅流動性係離子晶體內部大多數傳輸現象嘅來源，包括擴散同固態離子電導。[54] 當空位同間隙離子（弗倫克爾）碰撞嗰陣，佢哋可以重新結合並且互相湮滅。同樣道理，當空位去到晶體表面（肖特基）嗰陣就會消失。晶體結構裡面嘅缺陷通常會令晶格參數變大，從而降低晶體嘅整體密度。[54] 缺陷亦都會導致離子處於明顯唔同嘅局部環境，令到佢哋經歷唔同嘅晶體場對稱性，特別係喺唔同陽離子交換晶格位置嘅情況下。[54] 呢個會導致d電子軌道嘅分裂方式唔同，所以光學吸收（以及顏色）會隨住缺陷濃度而改變。[54]

分類

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鹽分類法有多種，例如鹽分為工業用鹽同食鹽；又或者分為生物鹽同化學鹽；有機鹽同無機鹽咁。

性質

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溶解性

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鈉、鉀、銨鹽一般易溶喺水，通常硝酸鹽同碳酸氫鹽都易溶。如果係鹵化物嘅話，咁樣銀、鉛唔溶。如果係硫酸鹽嘅話，咁鋇、鉛唔溶，而硫酸鈣少少溶。除咗以上易溶嘅陽離子之外，一般嘅碳酸鹽都唔溶。

味道

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顔色

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其實鹽有咩顔色係取決於渠入面嘅離子。例如：

睇埋

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攷

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維基同享有多媒體嘅嘢：
Salts
  1. ↑ Salt, IUPAC
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