Mřížová energie - Lattice energy - Wikipedia

The mřížová energie krystalické pevný je míra energie uvolněné, když ionty jsou spojeny, aby vznikla sloučenina. Je to míra soudržných sil, které váží ionty. Mřížová energie je relevantní pro mnoho praktických vlastností včetně rozpustnost tvrdost a volatilita. Energie mřížky se obvykle odvodí z Born – Haberův cyklus.^[1]

Sloučenina	Experimentální mřížková energie^[1]	Typ struktury	Komentář
LiF	-1030 kJ / mol	NaCl	rozdíl oproti chloridu sodnému v důsledku většího náboj / poloměr pro kation i anion
NaCl	-786 kJ / mol	NaCl	referenční sloučenina pro mřížku NaCl
NaBr	-747 kJ / mol	NaCl	slabší mřížka vs. NaCl
NaI	-704 kJ / mol	NaCl	slabší mřížka vs. NaBr, rozpustný v acetonu
CsCl	-657 kJ / mol	CsCl	referenční sloučenina pro CsCl mřížku
CsBr	-632 kJ / mol	CsCl	trend vs CsCl jako NaCl vs. NaBr
CSI	-600 kJ / mol	CsCl	trend vs CsCl jako NaCl vs. NaI
MgO	-3795 kJ / mol	NaCl	M²⁺Ó^2- materiály mají vysoké mřížkové energie vs. M⁺Ó⁻. MgO je nerozpustný ve všech rozpouštědlech
CaO	-3414 kJ / mol	NaCl	M²⁺Ó^2- materiály mají vysoké mřížkové energie vs. M⁺Ó⁻. CaO je nerozpustný ve všech rozpouštědlech
SrO	-3217 kJ / mol	NaCl	M²⁺Ó^2- materiály mají vysoké energie mřížky vs. M⁺Ó⁻. SrO je nerozpustný ve všech rozpouštědlech
MgF₂	-2922 kJ / mol	rutil	kontrast s Mg²⁺Ó^2-
TiO₂	-12150 kJ / mol	rutil	TiO₂ (rutil ) a některé další M⁴⁺(Ó^2-)₂ sloučeniny jsou žáruvzdorný materiály

Energie mřížky a entalpie mřížky

Vznik a krystalová mříž je exotermická, tj. hodnota ΔH_mříž je negativní, protože odpovídá koalescenci nekonečně oddělených plynných iontů v vakuum za vzniku iontové mřížky.

Krystalová mřížka chloridu sodného

Koncept energie mřížky byl původně vyvinut pro kamenná sůl - strukturované a sfalerit -strukturované sloučeniny jako NaCl a ZnS kde ionty zaujímají místa krystalové mřížky s vysokou symetrií. V případě NaCl je energie mřížky energie uvolněná reakcí

Na⁺ (g) + Cl⁻ (g) → NaCl (s)

což by činilo -786 kJ / mol.^[2]

Vztah mezi energií molární mřížky a molárem mříž entalpie je dáno následující rovnicí:

{ displaystyle Delta U = Delta H-p Delta V_ {m}}

,

kde ${ displaystyle Delta U}$ je energie molární mřížky, ${ displaystyle Delta H}$ entalpie molární mřížky a ${ displaystyle Delta V_ {m}}$ změna objemu na mol. Proto mříž entalpie dále bere v úvahu, že práce musí být prováděna proti vnějšímu tlaku ${ displaystyle p}$ .

Některé učebnice ^[3] a běžně používané CRC Handbook of Chemistry and Physics^[4] definujte mřížkovou energii (a entalpii) s opačným znaménkem, tj. jako energii potřebnou k přeměně krystalu na nekonečně oddělené plynné ionty v vakuum, an endotermický proces. Podle této konvence by mřížová energie NaCl byla +786 kJ / mol. Energie mřížky pro iontový krystaly, jako je chlorid sodný, kovy, jako je železo, nebo kovalentně vázané materiály, jako je diamant, jsou podstatně větší než u pevných látek, jako je cukr nebo jód, jejichž neutrální molekuly interagují pouze slabšími dipól-dipól nebo van der Waalsovy síly.

Teoretická léčba

Energie mřížky iontové sloučeniny závisí na nábojích iontů, které tvoří pevnou látku. Jemněji ovlivňují relativní a absolutní velikosti iontů ΔH_mříž.

Rovnice Born-Landé

V roce 1918^[5] narozený a Landé navrhl, že energii mřížky lze odvodit z elektrický potenciál iontové mřížky a odpudivé potenciální energie období.^[2]

{ displaystyle E = - { frac {N_ {A} Mz ^ {+} z ^ {-} q_ {e} ^ {2}} {4 pi varepsilon _ {0} r_ {0}}} vlevo (1 - { frac {1} {n}} vpravo),}

kde

N_A je Avogadro konstantní;

M je Madelungova konstanta týkající se geometrie krystalu;

z⁺ je číslo náboje kationtu;

z⁻ je číslo náboje aniontu;

q_E je základní náboj, rovná 1.6022×10⁻¹⁹ C;

ε₀ je permitivita volného prostoru, rovná 8.854×10⁻¹² C² J⁻¹ m⁻¹;

r₀ je vzdálenost k nejbližšímu iontu; a

n je Bornův exponent, číslo mezi 5 a 12, stanovené experimentálně měřením stlačitelnost pevné látky nebo odvozené teoreticky.^[6]

The Rovnice Born-Landé ukazuje, že mřížková energie sloučeniny závisí na řadě faktorů

jak se náboje na iontech zvyšují, zvyšuje se mřížková energie (stává se zápornější),
když jsou ionty blíže k sobě, mřížková energie se zvyšuje (stává se zápornější)

Například oxid barnatý (BaO), který má strukturu NaCl, a tudíž stejnou Madelungovu konstantu, má poloměr vazby 275 pikometrů a mřížkovou energii -3054 kJ / mol, zatímco chlorid sodný (NaCl) má poloměr vazby 283 pikometrů a energie mřížky -786 kJ / mol.

Kapustinská rovnice

The Kapustinská rovnice lze použít jako jednodušší způsob odvození mřížových energií, kde není vyžadována vysoká přesnost.^[2]

Účinek polarizace

Pro iontové sloučeniny s ionty zabírajícími mřížková místa s krystalografické skupiny bodů C₁, C₁_h, C_n nebo C_nv (n = 2, 3, 4 nebo 6) je třeba rozšířit koncept energie mřížky a Born-Haberův cyklus.^[7] V těchto případech polarizace energie E_pol spojené s ionty na místech polární mřížky musí být zahrnuto do cyklu Born – Haber a reakce formování pevných látek musí začít od již polarizovaného druhu. Jako příklad lze uvést případ železo-pyrit FeS₂kde ionty síry zaujímají mřížové místo skupiny bodové symetrie C₃. Poté se přečte mřížková energie definující reakce

Fe²⁺ (g) + 2 pol⁻ (g) → FeS₂ (s)

kde pol S⁻ znamená polarizovaný plynný iont síry. Bylo prokázáno, že zanedbání účinku vedlo k 15% rozdílu mezi teoretickou a experimentální energií termodynamického cyklu FeS₂ to se snížilo pouze na 2%, když byly zahrnuty účinky polarizace síry.^[8]

Viz také

Poznámky

Reference

^ ^A ^b Atkins; et al. (2010). Shriver and Atkins 'Anorganic Chemistry (Páté vydání). New York: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-1820-7.
^ ^A ^b ^C David Arthur Johnson, Kovy a chemické změny, Open University, Royal Society of Chemistry, 2002,ISBN 0-85404-665-8
^ Zumdahl, Steven S. (1997). Chemie (4. vydání). Boston: Houghton Mifflin. str. 357–358. ISBN 978-0-669-41794-4.
^ Haynes, William M .; Lide, David R .; Bruno, Thomas J. (2017). CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data. Boca Raton, FL: CRC Press, Taylor & Francis Group. s. 12–22 až 12–34. ISBN 9781498754293.
^ I.D. Hnědý, Chemická vazba v anorganické chemii„Monografie IUCr v krystalografii, Oxford University Press, 2002, ISBN 0-19-850870-0
^ Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; (1966). Advanced Anorganic Chemistry (2. vydání) New York: Wiley-Interscience.
^ M. Birkholz (1995). „Dipóly indukované krystalovým polem v heteropolárních krystalech - I. koncept“. Z. Phys. B. 96 (3): 325–332. Bibcode:1995ZPhyB..96..325B. CiteSeerX 10.1.1.424.5632. doi:10.1007 / BF01313054.
^ M. Birkholz (1992). „Krystalová energie pyritu“. J. Phys .: Condens. Hmota. 4 (29): 6227–6240. Bibcode:1992JPCM .... 4.6227B. doi:10.1088/0953-8984/4/29/007.

[Shriver-1] A ^b Atkins; et al. (2010). Shriver and Atkins 'Anorganic Chemistry (Páté vydání). New York: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-1-4292-1820-7.

[Johnson-2] A ^b ^C David Arthur Johnson, Kovy a chemické změny, Open University, Royal Society of Chemistry, 2002,ISBN 0-85404-665-8

[3] Zumdahl, Steven S. (1997). Chemie (4. vydání). Boston: Houghton Mifflin. str. 357–358. ISBN 978-0-669-41794-4.

[4] Haynes, William M .; Lide, David R .; Bruno, Thomas J. (2017). CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data. Boca Raton, FL: CRC Press, Taylor & Francis Group. s. 12–22 až 12–34. ISBN 9781498754293.

[5] I.D. Hnědý, Chemická vazba v anorganické chemii„Monografie IUCr v krystalografii, Oxford University Press, 2002, ISBN 0-19-850870-0

[6] Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; (1966). Advanced Anorganic Chemistry (2. vydání) New York: Wiley-Interscience.

[ZPB1995a-7] M. Birkholz (1995). „Dipóly indukované krystalovým polem v heteropolárních krystalech - I. koncept“. Z. Phys. B. 96 (3): 325–332. Bibcode:1995ZPhyB..96..325B. CiteSeerX 10.1.1.424.5632. doi:10.1007 / BF01313054.

[BJPC1992-8] M. Birkholz (1992). „Krystalová energie pyritu“. J. Phys .: Condens. Hmota. 4 (29): 6227–6240. Bibcode:1992JPCM .... 4.6227B. doi:10.1088/0953-8984/4/29/007.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

Řešení
Řešení	Ideální řešení Vodný roztok Pevné řešení Pufrovací roztok Flory – Huggins Směs Suspenze Koloidní Fázový diagram Fázová separace Eutektický bod Slitina Nasycení Přesycení Sériové ředění Ředění (rovnice) Zdánlivá molární vlastnost Mezera mísitelnosti
Koncentrace a související množství	Molární koncentrace Hromadná koncentrace Koncentrace čísel Objemová koncentrace Normálnost Molalita Molární zlomek Hmotnostní zlomek Izotopová hojnost Míchací poměr Ternární děj
Rozpustnost	Rovnováha rozpustnosti Celkový obsah rozpuštěných pevných látek Řešení Solvation shell Entalpie řešení Mřížová energie Raoultův zákon Henryho zákon Tabulka rozpustnosti (údaje) Tabulka rozpustnosti
Solventní	(Kategorie) Disociační konstanta kyseliny Protické rozpouštědlo Anorganické nevodné rozpouštědlo Řešení Seznam informací o varu a zmrazení rozpouštědel Rozdělovací koeficient Polarita Hydrofob Hydrofil Lipofilní Amphiphile Lyoniový ion Lyátový ion