Цикл Борна – Габера - это подход к анализу энергий реакций . Он был назван в честь двух немецких ученых Макса Борна и Фрица Хабера , которые разработали его в 1919 году. [1] [2] [3] Он был также независимо сформулирован Казимиром Фаянсом [4] и опубликован одновременно в том же номере того же журнала. журнал. [1] Цикл связан с образованием ионного соединения в результате реакции металла (часто элемента Группы I или Группы II ) с галогеном.или другой неметаллический элемент, такой как кислород .
Циклы Борна – Габера используются в основном как средство вычисления энергии решетки (или, точнее, энтальпии [примечание 1] ), которую иначе нельзя измерить напрямую. Решетки энтальпии является энтальпия изменения участвует в образовании ионного соединения из газообразных ионов (ые экзотермический процесс ), а иногда и определяется как энергия , чтобы разорвать ионное соединение в газообразные ион (ые эндотермический процесс ). Цикл Борна-Габера применяет закон Гесса для расчета энтальпии решетки путем сравнения стандартного изменения энтальпии образования ионного соединения (из элементов) с энтальпией, необходимой для образования газообразных ионов из элементов .
Последний расчет сложен. Чтобы получить газообразные ионы из элементов, необходимо распылить элементы (превратить каждый в газообразные атомы), а затем ионизировать атомы. Если элемент обычно представляет собой молекулу, мы сначала должны учитывать энтальпию диссоциации ее связи (см. Также энергию связи ). Энергия, необходимая для удаления одного или нескольких электронов с образованием катиона, представляет собой сумму последовательных энергий ионизации ; например, энергия, необходимая для образования Mg 2+, - это энергия ионизации, необходимая для удаления первого электрона из Mg, плюс энергия ионизации, необходимая для удаления второго электрона из Mg + . Сродство к электрону определяется как количество энергии, высвобождаемой при добавлении электрона к нейтральному атому или молекуле в газообразном состоянии с образованием отрицательного иона.
Цикл Борна-Габера применим только к полностью ионным твердым веществам, таким как определенные галогениды щелочных металлов . Большинство соединений включают ковалентные и ионные вклады в химические связи и в энергию решетки, которая представлена расширенным термодинамическим циклом Борна-Габера. [5] Расширенный цикл Борна – Габера можно использовать для оценки полярности и атомных зарядов полярных соединений.
Примеры
Формирование LiF
Энтальпия образования фторида лития (LiF) из его элементов - лития и фтора в их стабильных формах - моделируется на диаграмме в пять этапов:
- Изменение энтальпии энтальпии атомизации лития
- Энтальпия ионизации лития
- Энтальпия атомизации фтора
- Электронное сродство фтора
- Энтальпия решетки
Тот же расчет применяется для любого металла, кроме лития, или любого неметалла, кроме фтора.
Сумма энергий для каждой стадии процесса должна равняться энтальпии образования металла и неметалла, .
- V - энтальпия сублимации атомов металла (лития)
- B - энергия связи (F 2 ). Коэффициент 1/2 используется, потому что реакция образования Li + 1/2 F 2 → LiF.
- - энергия ионизации атома металла:
- сродство к электрону атома неметалла X (фтора)
- это энергия решетки (определяется как экзотермическая здесь)
Чистая энтальпия образования и первые четыре из пяти энергий могут быть определены экспериментально, но энергия решетки не может быть измерена напрямую. Вместо этого энергия решетки рассчитывается путем вычитания других четырех энергий цикла Борна – Габера из чистой энтальпии образования. [6]
Слово цикл относится к тому факту, что можно также приравнять к нулю общее изменение энтальпии для циклического процесса, начинающегося и заканчивающегося LiF (s) в примере. Это ведет к
что эквивалентно предыдущему уравнению.
Образование NaBr
При обычных температурах Na является твердым веществом, а Br 2 - жидкостью, теплота испарения добавляется к уравнению:
- - энтальпия испарения Br 2 в кДж / моль.
Смотрите также
Заметки
- ^ Разница между энергией и энтальпией очень мала, и в этой статье эти два термина свободно меняются местами.
Рекомендации
- ^ а б Моррис, DFC; Шорт, Э.Л. (6 декабря 1969 г.). "Корреляция Борна-Фаянса-Габера". 224 : 950–952. DOI : 10.1038 / 224950a0 .
Более правильное название - термохимическая корреляция Борна – Фаянса – Габера.
Цитировать журнал требует|journal=
( помощь ) - ^ М. Борн Verhandlungen дер Немецкого физического общества 1919, 21 , 679-685.
- ^ F. Haber Verhandlungen дер Немецкого физического общества 1919, 21 , 750-768.
- ^ К. Fajans Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1919, 21 , 714-722.
- ^ Х. Хайнц и UW Suter Journal of Physical Chemistry B 2004, 108 , 18341-18352.
- ^ Мур, Станицкий и Юрс. Химия: молекулярная наука. 3-е издание. 2008 г. ISBN 0-495-10521-X . страницы 320–321.
Внешние ссылки
- ChemGuy по циклу Борна-Габера