离子极化理论教学优化与实践
摘 要：离子极化理论对于理解无机化合物的结构与性质变化具有广泛适用性，是离子键理论的重要补充。本文在讨论衡量离子极化程度的离子极化力、离子极化率、离子极化能和极化度等定性到定量标度基础上，针对现行多数无机化学教材极化理论集中讲授而知识点应用分散，导致理论学习抽象难理解，离子构型复杂难掌握和规律性变化应用难的实际，提出在离子极化理论教学过程中通过正确理解极化与变形辩证统一，深刻领会离子极化普遍性与特殊性，利用案例化教学解决理论集中学习而知识点应用分散教学实践矛盾，实现了离子极化理论优化教学及学生系统理解、综合分析和比较判断能力的提升。
关键词:极化理论;离子极化;离子变形;无机化学;教学优化;
Teaching Optimization and Practice of lon Polarization Theory
Zonghuai Liu Xuexia He Pei Chen Feng Shi
School of Materials Science and Engineering, Shaanxi Normal University
Abstract：The ionic polarization theory has a wide application in understanding the structural changes and properties of inorganic compounds, and it is an essential supplement to ionic bonds theory. Using a foundation of qualitative and quantitative scales for discussion, including ion polarization force, ion polarizability, ion polarization energy, and polarization degree to characterize the ion polarization degree, this paper focused on the concerns that polarization theory is intensively taught while its application is segmented and unstructured in most inorganic chemistry textbooks. This leads to an abstract and difficult-to-understand theory; the ion configuration is complex and challenging to comprehend, and the regularity is not strong and is difficult to apply. It is proposed that good teaching practices for ion polarization theory comprise the correct understanding of the dialectical unity of polarization and deformation, in-depth comprehension of the universality and particularity of ion polarization and that the case teaching resolves the contradiction between the centralized explanation of the theory and the unstructured application of knowledge points. The teaching of ion polarization theory is optimized, thereby improving the students’ system of understanding, comprehensive analysis, and comparative judgment capabilities.
Keyword：Polarization theory; Ion polarization; Ion deformation; Inorganic chemistry; Teaching optimization;
1 引言
无机化学课程是学生进入大学接触的第一门化学专业基础课，具有承接高中化学初步知识和为后续化学课程学习奠定基础之重任，对于学生掌握化学知识和培养综合能力具有重要的作用。国内现行无机化学教材内容体系主要分为基本理论和元素化学两大部分，相比基本理论教学内容，元素化学教学内容表现出系统性不强、内容庞杂、知识点多，导致教与学的困难和困惑。特别在无机化合物结构与性质教学过程中，规律性变化与特例反常时常共生，使得学生学习时感到化合物结构与性质变化规律性不强，系统性理解难度大，从而对于理论的严谨性和性质变化的正确性产生质疑，教学效果大打折扣。因此，在元素化学教学过程中，始终把握结构决定性质、性质决定用途这一主线，是从本质上对物质性质变化规律与特例反常深入理解的基础。
元素和无机化合物的性质主要取决于原子结构和分子结构，分子结构是通过原子之间化学键按照一定规律结合形成，离子键、共价键和金属键是化学键的三种典型表现形式。随着量子化学理论的不断发展，微观结构理论在解释化学现象本质及揭示物质结构与性能间的内在联系方面越来越发挥着重要作用。从化学键的本质来看，离子键属于静电作用力，而共价键和金属键的本质是原子轨道或者电子云的重叠，化学键本质导致形成化合物的结构与性质产生显著差别[1]。但是，从矛盾的对立和统一观点出发，几乎没有纯粹离子键或共价键化合物，即离子键和共价键通常共存，离子键中有共价键成分，而共价键中也有离子键成分。通常，化学键中离子性和共价性成分多少与成键元素的电负性差值大小密切相关，差值越大电子云重叠越小，离子性越大，反之共价性成分就越大，即离子键和共价键之间存在一个过渡[2]。这个过渡导致无机化合物规律性变化与特例反常时有存在，对教师教学和学生学习带来了严峻挑战。因此，深入研究离子键和共价键之间存在的过渡变化，将对学生系统深入学习无机化合物规律性变化及理解某些化合物性质特例反常具有重要意义，而离子极化理论正是讨论无机化合物从离子键向共价键过渡变化规律的有力手段之一，是离子键和共价键理论的重要补充。
2 离子极化理论及其发展
1923年，波兰化学家Fajans首次提出“离子极化”概念，直到今天已经有近一百年历史，逐步发展成为定性解释一系列无机化学现象的离子极化理论。离子极化理论的主要观点认为，影响离子极化的因素较多，主要包括离子电荷构成的电场对其他离子起极化作用的离子极化能力和被极化离子变化的可变形性，将一种离子使异号离子极化而变形的作用叫极化作用，被相反电荷离子极化而发生电子云变形的性能叫离子的变形性[3]。离子的极化能力和变形性既互相对立而又互相依存，极化是导致离子或分子变形的原因，而变形又抵销和平衡了极化导致的影响。极化有赖于离子的电场强度，电场强度大导致极化能力增强；而离子变形性有赖于其体积，体积越大越有利于变形，因而极化和变形是矛盾的两个方面。离子极化理论首先用于定性解释一些无机离子化合物性质规律性变化反常现象，认为无机离子本身带有电荷，当阴、阳离子相互接近时，在相反电场影响下，离子的电子云会发生变形，导致正、负电荷重心不再重合，产生的诱导偶极使得离子发生极化。即在无机离子化合物中除主要静电引力作用之外，同时存在由诱导偶极产生的诱导作用，使得无机离子化合物中离子键具有一定程度的共价键成分，从而致使无机化合物结构和性质发生相应的变化。应用该理论较好地解释了一些无机化合物的结构与性质变化规律，定性说明了一些物质的溶解度、颜色、热稳定性和导电性等性质[4]。但是，Fajans提出的离子极化理论是通过离子极化程度判断化学键的离子性和共价性，依据从离子键向共价键过渡程度解释化合物的结构和性质，因而是一种粗略的定性分析，而对于物质结构和性质定量化解释未能给出较为满意的结果，使得极化理论定量化和适用范围拓展成为研究者关注重点。
在进行物质结构和性质定量化应用时，在通常把化学键都看作离子键的基础上，根据离子极化程度来估算键的共价性成分，因而需要找出合理的定量标度，通过发展定量描述离子极化和变形能力的计算方法和测量手段，就可以实现离子极化理论定量化基础上说明无机化合物的结构及性质变化。为此，研究者先后提出了离子极化力、离子极化率、离子极化能及离子极化度等定量化描述离子化合物结构与性质变化规律的方法，使得离子极化理论在解释无机化合物结构与性质规律性方面取得了较大进展。
2.1 离子极化力
离子极化力的大小主要由该离子对邻近离子施加的静电场强度决定，从起初的静电吸引力大小及随后通过离子结构参数计算极化力，研究者试图通过寻找衡量离子静电场强度大小标度，期待建立离子极化力的定量标准。依据惰性气体构型离子特征，先后有许多研究者提出衡量离子极化力的定量标准，比较有代表性的是卡特金的离子势标度、徐光宪的阳离子Z2/R值标度及哥特施密特的离子电场力Z/R2标度等[5]。但是，这三种极化力定量标度，仅仅适用于惰性气体构型的离子，而对非惰性气体构型离子偏差较大。
随后，考虑到离子极化力是离子电荷、半径及电子构型共同作用的结果，温元凯和邵俊等用离子有效核电荷与半径比，即Z*2/r的比值定量化衡量离子极化力[6]。该定量标度由于在计算离子有效核电荷时，将离子中所有电子对外面假设加合电子的屏蔽系数与离子电子构型紧密关联。他们以斯莱脱电子屏蔽规则为基础，通过计算核外各电子层中电子的屏蔽系数，进而可以得到周期表中常见阳离子和简单阴离子的极化力，取得了较好的定量结果。同时，该定量标度提供的极化力数据也适用于非惰性气体构型离子，且结果与化合物性质得到了较好的符合，对离子极化理论定量化发展具有里程碑意义。在常用教科书中，离子极化力主要针对阳离子进行分析。通常，阳离子电子构型可分为8e-、(9 - 17)e-、18e-与(18 + 2)e-三种类型。由于每一类阳离子中，不同离子构型将导致极化能力差别，而屏蔽系数定量标度正为不同离子构型导致的极化差异提供了定量解释依据。
2.2 离子极化率
离子的变形性主要分为阴离子变形、阳离子变形和π键变形三种类型。离子的变形性可以通过离子极化率(α)大小衡量，离子在单位电场强度下产生的偶极矩大小定义为离子极化率，即α = μ/E，其中E为静电场强度，μ为离子产生的诱导偶极矩。由于物质极化率α与介电常数之间符合克劳修斯-莫索第-德拜方程，而介电常数又与物质的折射率有关，因而可由物质的折射率求算离子极化率，即离子极化率可通过测定物质折射率实验方法确定。海斯等由量子力学变分法得到了离子和原子极化率的近似计算公式，开创了通过量子力学计算离子极化率的新方法。
离子极化率反映了离子外层电子云的可变形性，通常阴离子变形是普遍和最重要的变形行为，是通过阳离子正电荷吸引阴离子电子云产生变形，结果导致阴离子上电子和负电荷减少，相应其离子半径减少；而对于阳离子来说，其不仅具有对阴离子极化变形的能力，而且也会受到阴离子影响而发生变形。通常，阳离子变形主要是由于阴离子电子排斥阳离子电子，从而导致阳离子区域电子密度变化。当阴离子靠近阳离子时，阴离子电子会对靠近其方向上的阳离子电子产生排斥作用，使得阳离子在该方向上的电子密度下降，而反方向上电子密度增加，从而使得阳离子发生变形。根据阴离子引起阳离子变形结果，阴离子引起阳离子区域电子密度变化主要发生在最外层电子上，而内层电子的变形一般可以忽略不计，且内层电子对于化学键的方向性和稳定性不能产生实质性影响[7]。因此，阳离子变形的大小与其离子构型和d电子排布有很大关系，相应变形规律是：不含d电子的8e-构型阳离子变形能力较小，而含有d电子的(9 – 17)e-构型阳离子其变形能力大小与d电子数有关，d电子多将导致外层电子密度增大，相应阳离子的变形能力变大。因而不含d电子的短周期阳离子变形能力可以忽略不计，而含有d电子的长周期和超长周期元素阳离子具有不能忽视的变形能力。当这些阳离子与相应变形能力大的阴离子构成化合物时，其化合物的结构和性质与离子型化合物具有很大的差别。但是，量子化学计算发现，一般阴离子对阳离子的极化作用而引起阳离子变形的程度，只有阳离子对阴离子极化引起其变形的十分之一。因此，通常主要讨论阳离子对阴离子的极化力及阴离子受到阳离子极化而变形的能力。
2.3 离子极化能和极化度
离子极化大小主要取决于阳离子的极化力和阴离子变形性大小，一般阳离子的极化力用有效静电势表示，而阴离子的变形性主要用极化率来衡量。同时，极化与变形是阴、阳离子均具有的属性，只是根据离子半径大小、电子构型及离子所带电荷，主要考虑阳离子对阴离子的极化力和阴离子受阳离子极化而导致的变形性。因此，需要一个相对统一的尺度标准来衡量离子极化作用的大小。
为了全面考虑离子化合物中阴、阳离子总的极化效果，研究者在离子极化力和离子极化率概念基础上，提出了离子极化能概念，以此作为较为全面衡量化合物离子极化程度的统一标度，实现了离子极化理论定量化质的飞跃，规定将离子相互极化时体系势能降低所释放出来的能量定义为化合物的离子极化能[8]。为了定量化研究离子化合物中阴阳离子相互影响大小，研究者认为离子化合物的形成可看成两个过程，第一过程是电荷中心在原子核位置上，刚性球体阴、阳离子从无限远处彼此接近，达到未发生离子极化作用时形成理想离子化合物所对应的体系势能降低，即形成离子型晶体时所释放的纯离子晶格能(Ui)，其数值可由玻恩-哈伯热化学循环较精确计算。而第二过程则是当电荷中心在原子核位置上，刚性球体阴、阳离子从理想离子化合物进一步接近时，阴、阳离子相互极化导致离子电子云变形，发生重叠而使得核间距缩短，体系势能进一步降低，直至达到真实化合物形成所释放的离子极化能(Up)。因此，实际离子晶体总晶格能(U)由纯离子晶格能Ui和离子极化能Up两部分组成，即U = Ui + Up。由于纯离子晶格能能够定量化计算，因而如果能够定量化计算离子极化能，则可以通过离子极化能或离子化合物总晶格能U，判断离子化合物极化程度及性质变化。为此，许多研究者开展了系列离子极化能定量求算方法研究，提出了许多计算化合物离子极化能的经验公式。通过这些经验公式，可将化合物中离子极化程度与阴阳离子极化能力关联，取得了较为满意的研究结果。研究发现惰性构型阳离子形成的离子晶体中，由于阳离子极化力小，一般离子极化能只有几千卡，通常可以忽略不计该类化合物中的离子极化。而对于非惰性离子形成的离子化合物，强的离子极化使得离子极化能可达到几十到几百千卡，因而离子极化对于化合物结构与性质影响就不能忽略。
但是，利用化合物的离子极化能作为判断离子化合物离子极化程度也存在两个明显不足，一是将化合物的离子极化能大小作为离子极化大小定量标准，有时会产生明显的误判；二是以离子极化能大小判断化合物性质时，必须同时考虑化合物总晶格能或纯离子晶格能大小，还要考虑化合物的类型及离子电荷的影响，实际上造成许多不便。为此，研究者利用离子极化能定量化数据，提出用离子极化度(G)作为衡量离子化合物中阴、阳离子相互极化程度的定量标度，定义离子极化度等于离子晶体中离子极化能与总晶格能之比，即G = (Up/U) × C，其中C为经验常数[9]。通过分析可以看出，化合物离子极化度定量标度的重点是经验常数C的定义和数值取得，通常将C数值与晶体类型和离子电荷数紧密关联。
由于离子极化能Up主要反映离子化合物中离子相互极化产生的影响，因而Up与C两个参数主要决定化合物的离子极化度。化合物的离子极化度越大，化合物中化学键离子性成分减少，而共价性成分增大，晶体中的共价比例将增大。离子极化度可以半定量地标度化合物中离子极化效应程度，不仅同类型的晶体可以纵向比较，而且不同类型晶体也可以横向比较，得出的数据与化合物的性质基本相符。但是，离子极化度定量标度在进行处理时，为了计算公式的简明，只突出了离子晶格能与离子极化能的关系，而对附加极化以及离子电子构型等较重要影响因素未作讨论，导致在分析离子极化效应与化合物结构与性质关系方面出现了一定偏差。
3 离子极化理论教学优化与实践
离子极化理论是国内大部分无机化学教材的重要教学内容之一，对于理解离子化合物的结构与性质变化规律具有广泛的适用性，不仅可用于化学键型和晶体类型判据，而且可以解释无机化合物多种物理化学性质变化，如熔沸点、挥发性、颜色、电导性、硬度、生成热、溶解度和酸碱性等[10]。因此，在无机化学教学过程中，如何既尊重离子极化引起离子化合物结构及性质变化的普遍性和规则，又能客观对待某些化合物结构及性质变化存在的特殊性，是离子极化理论教学需要重点考虑的问题。无机化学课程一般安排在大学一年级，学生的理解能力、归纳总结能力及分析解决问题能力明显不足，而理论性强、离子微观结构难掌握及普遍性与特殊性造成离子极化理论教学难度加大，学生普遍感到规律性不足而学起来理解困难，主要表现在似乎该理论用于解释同类型离子化合物结构和性质具有一定的规律性，但对于不同类型离子化合物结构和性质的理解就存在困难。同时，离子构型同离子极化与变形有很大关系，而学生普遍对于短周期元素外层电子构型掌握较好，而对于包含d电子的长周期元素，特别是18e-电子构型、(18 + 2)e-电子构型及(9 – 17)e-电子构型理解和掌握不够，导致离子极化理论理解及应用困惑。为此，在离子极化理论教学实践过程中，我们通过正确理解极化与变形辩证统一，深刻领会极化的普遍性与特殊性，利用案例化教学解决理论集中学而知识点应用分散教学实践矛盾，实现了离子极化理论教学优化及学生系统理解、综合分析和比较判断能力的提升。
3.1 正确理解极化与变形的辩证统一
现有无机化学离子极化理论教学内容，主要讨论阳离子的极化和阴离子的变形，且对于极化和变形与阴、阳离子结构给予了较为清晰明确的描述。但是，学生在学习过程中存在三难，即理论抽象理解难，离子构型复杂掌握难和规律性不强应用难。学生常见问题是阳离子只极化而不变形，而阴离子只变形而不极化，极化与变形的关系如何？针对学生这些普遍性问题，在离子极化理论教学过程中，我们认为应该加大学生对于离子极化本质的认识，将极化与变形统一到离子相互影响的诱导作用上，实现正确理解极化与变形的辩证统一。
阴、阳离子本身就是一个电场，当一个带电荷离子靠近其他离子时，其离子自身电场势必影响其他离子，造成其他离子正、负电荷重心不重合而产生诱导偶极，从而发生与分子极化相类似的离子极化。同时，不论是何种离子，其电场一定会对其他离子赋予影响而产生诱导偶极，且诱导偶极的大小取决于该离子对周围离子施加的电场强度。因此，在离子化合物晶体晶格中的阴、阳离子，将互相成为对方电场的提供者。对于阳离子来说，由于其带正电荷且半径一般较小，由此产生的场强对相邻的阴离子诱导作用强。相对于阳离子，阴离子由于带负电荷且半径一般较大，由此产生的场强对相邻阳离子诱导作用相对较弱。因此，一般主要讲阳离子的作用是极化周围阴离子，而阴离子主要受阳离子极化导致其变形。极化与变形均可以发生于阴、阳离子中，只是从引起极化与变形的主要效果，通常主要讨论阳离子的极化及阴离子的变形，即极化与变形是辩证统一的矛盾体。在学生正确认识极化与变形矛盾统一体基础上，进一步引导学生认识极化与变形所导致的结果，即离子极化将使得异电荷离子电子云变形，从而引起阴、阳离子之间电子云发生部分重叠，导致离子化合物中离子键成分减少而共价性成分增加，离子化合物的结构与性质随之发生变化，从而为利用离子极化理论解释一些化合物性质及结构变化提供理论依据。如对于含有相同阳离子Ag+卤素化合物AgX (X- = F-、Cl-、Br-、I-)，根据离子静电作用应该是离子化合物，其结构与物理化学性质理应符合离子化合物的变化规律。但是，正是由于从F- → Cl- → Br- → I-离子半径依次增加，在相同阳离子Ag+作用极化下，相应阴离子的变形性依次增加。同时，由于Ag+离子为18e-电子构型，其不仅具有阳离子的极化力，而且拥有很大的变形性。因此，Ag+与X-之间的相互极化不断增加，电子云重叠能力加剧，使得形成化学键的离子性成分减低而共价性成分增强，从最初的典型离子型化合物AgF逐渐过渡到具有一定共价性的AgI，从而较为圆满地理解了该类化合物性质及结构变化。
3.2 深刻领会离子极化的普遍性与特殊性
极化与变形是辩证统一的矛盾体，通常离子极化理论将阳离子极化与阴离子变形作为主要矛盾进行分析，讨论阴、阳离子极化与变形对于化合物结构与性质变化的影响，具有理论指导认识化合物结构与性质变化的普遍性。但是，在理解该理论普遍性基础上，深刻认识理论特殊性对于化合物结构与性质影响变化具有重要意义。如教科书中通常按照阳离子电子构型，一般将其粗略地分为8e-、(9 – 17)e-、18e-与(18 + 2)e-三种类型，并且给出其离子极化能力和变形能力顺序为8e- < (9 – 17)e- < 18e-与(18 + 2)e-。按照极化与变形普遍性理解，可以较为容易地解释如前述的AgF逐渐过渡到具有一定共价性的AgI此类化合物结构与性质的变化，充分体现了理论普遍性特征。
但是，在三种类型电子构型阳离子极化与变形普遍性中，时刻存在着特殊性。每一类构型阳离子中，不同离子结构的差异导致其离子极化能力区别很大。如(9 – 17)e-类构型阳离子，极化与变形普遍性中时常伴随着特殊性，特别是半充满和全充满电子构型阳离子的特殊性显得尤为突出。对于基态d5半充满和d10全充满离子，其轨道电子通过组合后稳定性增加，使得其屏蔽能力与同层s轨道差异很小，屏蔽系数增大，从而导致13e-和18e-构型离子的有效核电荷与周期表中前后相邻离子相比偏低，这两种构型离子的极化能力相对变弱。正是由于普遍电子排布中的特殊构型，使得相应阳离子极化能力变化展示出不遵循普遍性中的特殊性。如第四周期过渡元素Cr2+同Mn2+离子相比，尽管两种离子均属于(9 – 17)e-类电子构型，但是Mn2+离子d5半满构型所具有的相对大的屏蔽系数，导致其有效核电荷相对降低，而使得Mn2+离子的极化能力弱于Cr2+离子。同理，对于Hg2+及Pb2+离子，尽管他们均具有d10全满的18e-电子构型，但是Pb2+离子构型还附加了屏蔽能力更强的惰性6s2电子，综合结果使得Hg2+的极化能力强于Pb2+离子，反映了HgO的热稳定性远不如PbO，HgO在500 ℃可以热分解，而PbO在897 ℃才能熔化[11]。
3.3 利用案例化教学解决离子极化集中讲解而知识点应用分散的矛盾
离子极化理论对于解释和理解化合物结构和性质具有重要价值，一般教材处理是在离子键理论后进行学习，而知识点应用则主要分散在元素部分教学各章节中，表现出理论学习集中而知识点应用分散的矛盾。因此，在离子极化理论教学过程中，合理化解理论集中学习而知识点应用分散的矛盾，对于学生掌握理论原理及其指导应用非常重要。为此，在离子极化理论教学过程中，我们首先集中讲授离子电子构型特征、离子极化与变形及相互极化及反极化作用理论知识点，使学生认识、理解和掌握极化本质。随后依据离子极化理论对于物质化学键、结构和化合物物理化学性质的影响，将分散在元素章节中的知识点应用进行梳理，依据离子极化对化合物物理性质及化学性质影响进行知识点应用学习。化合物物理性质主要集中在对物质溶解性、熔沸点及颜色的影响分析，而化学性质主要集中在对物质晶型、热稳定性、水解性、含氧酸碱的酸碱性及配位数变化等方面的影响分析。对于知识点应用分析以案例教学方式进行，案例选择力求代表性、逻辑性和示范性，通过案例使学生对待相似问题能够做到举一反三和合理分析说明。同时，配合课外学习通平台，充分发挥学生选择案例及性质变化分析的主动性，为后续元素部分教学内容的理解奠定充分的知识贮备。尽管该部分教学内容增加将可能导致增加部分教学学时数，但学生通过教学将具备系统理解、综合分析和比较判断的能力，到后续元素部分相应知识点则可以不讲或少讲，避免学生对于离子极化理论知识点应用感到分散的弊端，达到理论集中讲授而知识点应用代表性、逻辑性和示范性下的案例化。
如对于无机化合物热稳定性变化的讨论，元素化合物知识各章节教学内容均有涉及。因此，如何通过离子极化理论分析和归纳总结，规则性理解无机化合物热稳定性变化，是教与学过程需要面对的突出矛盾。为此，在集中学习离子极化理论内容后，我们将分散在元素部分无机化合物热稳定性的内容分类归纳，找出规则性影响因素，不仅可使学生将所学离子极化理论知识及时充分应用，感受到理论的价值和指导性，而且可避免元素部分教学时学生已将理论知识模糊不清化及理论应用过程的碎片化。在离子极化理论分析讨论无机化合物热稳定性变化规则时，依据代表性、逻辑性和示范性的教学案例选择原则，选择离子型卤化物、氧化物及无机含氧酸盐类化合物的热稳定性变化与离子极化关系进行案例讨论，较为系统地分析这些类型化合物热稳定性变化过程中离子极化作用的影响规则。同时，在依据极化作用引起化学键变化基础上，充分融入阴、阳离子相互极化及反极化作用，发挥该案例教学在后续元素部分相类似教学内容中的示范作用，利用知识的系统规则性，达到增强学生对物质热稳定性变化的理解和掌握。
以部分元素氧化物及含氧酸盐热稳定性分析讨论为例，在系统分析元素电负性、离子半径、离子所带电荷及核外电子构型对化合物热稳定性影响基础上，依据阳离子极化力强而阴离子变形性大的一般规律，元素氧化物及含氧酸盐受热时则因相互作用强烈，而使得阴离子价电子振动剧烈，可越过阳离子外壳电子斥力进入阳离子原子轨道为阳离子所有，从而导致化合物热稳定性下降进行分析理解。同时，也可通过阴、阳离子之间电子转移发生的氧化还原反应或阴、阳离子间的极化与反极化作用而使化合物热稳定性下降。如第四周期元素氧化物，在阴离子均为O2-的情况下，氧化物的热稳定性则与阳离子的极化与附加极化能力有很大关系。当阳离子附加极化力弱时，氧化物的热稳定性主要与阴、阳离子间静电引力导致的离子化合物晶格能有关。而当阳离子附加极化作用增强时，极化作用不仅使得氧化物中共价键成分增加，而且还会导致电子从O2-向金属阳离子转移，从而发生氧化还原反应而导致氧化物的稳定性下降。因此，从离子化合物晶格能变化及阳离子附加极化，可以判断第四周期部分元素氧化物热稳定性顺序是K2O < CaO < Sc2O3 ~TiO2 > V2O5 > CrO3 > Mn2O7。另外，利用离子极化理论，也可以说明一些含氧酸盐热稳定性变化。含氧酸盐稳定性实际上是阳离子与酸根中成酸原子争夺酸根中O2-的过程，因而对于酸根相同的阴离子，其相应盐的热稳定性与阳离子的极化力关系密切。阳离子有效电荷越高和半径越小，其极化力越强，则越容易夺取酸根阴离子中的O原子，导致组成含氧酸盐热稳定性差而热分解温度降低，如碱土金属碳酸盐其热稳定性有BeCO3 < MgCO3 < CaCO3 < SrCO3 < BaCO3的变化规律。而当金属离子相同时，含氧酸盐的稳定性则主要取决于酸根阴离子的稳定性。当酸根离子中的成酸元素电荷越高和半径越小，其对酸根中O2-的极化作用就越强，相应元素间的共价结合力变强，含氧酸盐的热稳定性则增强。因而根据离子极化理论，可以说明Na2SiO3的热稳定性高于相同类分子构型Na2CO3，Na2CO3熔点是856 ℃, 而Na2SiO3的熔点可达1089 ℃。
对于第四周期元素卤化物，总体趋势从左向右随阳离子电荷数升高，离子半径逐渐减小，离子极化作用逐渐增强，化合物键型由离子键逐渐过渡到共价键，离子晶体向分子晶体转变，导致相应卤化物的熔点、沸点及热稳定性逐渐减低。特别对于第四周期过渡金属元素，d电子及空轨道的存在，使得发生由特殊构型阳离子极化与变形双重作用及π键变形的机会增强，也可导致卤化物热稳定性的显著差别。如第四周期卤化物CuCl与KCl相比较，两者阴离子相同和阳离子电荷相同，从晶格能角度考虑似乎两种卤化物应该有相近的热稳定性。但是，CuCl结构中的Cu+离子具有18e-电子构型，且Cu+离子半径显著小于K+离子(Cu+：46 pm；K+：137 pm)，其极化能力和变形性都很强，使得CuCl分子中存在显著的离子极化与附加极化作用, 导致CuCl为共价化合物, 熔点和热稳定性显著降低。而KCl结构中K+为8e-电子构型，离子极化作用程度小。因此，CuCl熔点是426 ℃, 而KCl熔点是771℃，从离子极化作用可以很好地解释CuCl热稳定性较低的原因。
4 结语
本文首先通过离子极化力、离子极化率、离子极化能和极化度等衡量化合物离子极化程度的定性到半定量标度发展变化讨论，揭示离子极化现象对于化合物结构与性质变化影响的重要性。其次针对离子极化理论教学过程中存在的理论抽象难理解、离子构型复杂难掌握和规律性不强难应用的现状，提出在离子极化教学过程中通过正确理解极化与变形辩证统一，深刻领会离子极化的普遍性与特殊性，以及利用案例化教学解决离子极化理论集中讲解而知识点应用分散的矛盾，使得学生学习离子极化理论的积极性和以该理论理解化合物结构与性质变化规律能力得到加强，系统理解、综合分析和比较判断能力得到培养和提升。
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