Born – Haberův cyklus - Born–Haber cycle

The Born – Haberův cyklus je přístup k analýze reakce energie. Bylo pojmenováno po těch dvou Němec vědci Max Born a Fritz Haber, který jej vyvinul v roce 1919.[1][2][3] Rovněž to nezávisle formuloval Kasimir Fajans[4] a publikovány souběžně ve stejném čísle stejného časopisu.[1] Cyklus se zabývá tvorbou iontová sloučenina z reakce a kov (často a Skupina I nebo Skupina II prvek) s a halogen nebo jiné nekovové prvky jako kyslík.

Born – Haberovy cykly se používají především jako prostředek výpočtu mřížová energie (nebo přesněji entalpie[poznámka 1]), které nelze jinak měřit přímo. The mřížková entalpie je entalpie změna podílející se na tvorbě iontové sloučeniny z plynných iontů (an exotermický proces ), nebo někdy definována jako energie k rozbití iontové sloučeniny na plynné ionty (an endotermický proces ). Platí cyklus Born – Haber Hessův zákon vypočítat entalpii mřížky porovnáním standardní entalpie změna formace iontové sloučeniny (z prvků) na entalpii potřebnou k výrobě plynných iontů z elementy.

Tento druhý výpočet je složitý. Pro výrobu plynných iontů z prvků je nutné atomizovat prvky (přeměnit každý na plynné atomy) a poté ionizovat atomy. Pokud je prvkem obvykle molekula, musíme nejprve zvážit její entalpie disociace vazby (viz také energie vazby ). Energie potřebná k odstranění jednoho nebo více elektrony udělat kation je součet po sobě jdoucích ionizační energie; například energie potřebná k vytvoření Mg2+ je ionizační energie potřebná k odstranění prvního elektronu z Mg, plus ionizační energie potřebná k odstranění druhého elektronu z Mg+. Elektronová afinita je definováno jako množství energie uvolněné, když je elektron přidán k neutrálnímu atomu nebo molekule v plynném stavu za vzniku záporného iontu.

Cyklus Born-Haber platí pouze pro plně iontové pevné látky, jako jsou určité alkalické halogenidy. Většina sloučenin zahrnuje kovalentní a iontové příspěvky k chemické vazbě a k mřížkové energii, kterou představuje prodloužený Born-Haberův termodynamický cyklus.[5] Prodloužený Born-Haberův cyklus lze použít k odhadu polarity a atomových nábojů polárních sloučenin.

Příklady

Vznik LiF

Born – Haberův cyklus pro standardní změnu entalpie tvorby fluorid lithný. ΔHlatt odpovídá UL v textu. Šipka dolů „afinita k elektronům“ ukazuje záporné množství –EAF, protože EAF je obvykle definováno jako pozitivní.

Entalpie vzniku fluorid lithný (LiF) z jeho prvků lithia a fluoru v jejich stabilních formách je modelována v pěti krocích v diagramu:

  1. Změna entalpie entalpie atomizace lithia
  2. Ionizační entalpie lithia
  3. Atomizační entalpie fluoru
  4. Elektronová afinita fluoru
  5. Příhradová entalpie

Stejný výpočet platí pro jakýkoli kov kromě lithia nebo jiného nekovu kromě fluoru.

Součet energií pro každý krok procesu se musí rovnat entalpii formování kovu a nekovu, .

  • PROTI je entalpie sublimace pro atomy kovů (lithium)
  • B je vazebná energie (F2). Použije se koeficient 1/2, protože formační reakce je Li + 1/2 F2 → LiF.
  • je ionizační energie atomu kovu:
  • je elektronová afinita nekovového atomu X (fluor)
  • je mřížová energie (zde definováno jako exotermické)

Čistou entalpii formace a první čtyři z pěti energií lze určit experimentálně, ale energii mřížky nelze měřit přímo. Místo toho se energie mřížky vypočítá odečtením dalších čtyř energií v cyklu Born – Haber od čisté entalpie formace.[6]

Slovo cyklus odkazuje na skutečnost, že lze také rovnat nule celkovou změnu entalpie pro cyklický proces, počínaje a konče v příkladu LiF (s). Tohle vede k

což je ekvivalent k předchozí rovnici.

Tvorba NaBr

Když Na je pevná látka a Br2 je kapalina, do rovnice se přidá odpařovací teplo:

  • je entalpie odpařování Br2 v kJ / mol.

Viz také

Poznámky

  1. ^ Rozdíl mezi energií a entalpií je velmi malý a dva pojmy jsou v tomto článku volně zaměňovány.

Reference

  1. ^ A b Morris, D.F.C .; Krátký, E.L. (6. prosince 1969). „Korelace Born-Fajans-Haber“. 224: 950–952. doi:10.1038 / 224950a0. Správnějším názvem by byla termochemická korelace Born – Fajans – Haber. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  2. ^ M. Born Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1919, 21, 679-685.
  3. ^ F. Haber Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1919, 21, 750-768.
  4. ^ K. Fajans Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1919, 21, 714-722.
  5. ^ H. Heinz a U. W. Suter Journal of Physical Chemistry B 2004, 108, 18341-18352.
  6. ^ Moore, Stanitski a Jurs. Chemistry: The Molecular Science. 3. vydání. 2008. ISBN  0-495-10521-X. stránky 320–321.

externí odkazy