Lernziel
- Beschreiben Gitter Energie und die Faktoren, die es beeinflussen
die Wichtigsten Punkte
- Gitter-Energie ist definiert als die Energie, die erforderlich ist, um separate einem mol eines Ionischen Feststoff in die gasförmigen Ionen.
- Die Gitterenergie kann nicht empirisch gemessen werden, sondern kann mit Elektrostatik berechnet oder mit dem Born-Haber-Zyklus geschätzt werden.,
- Zwei Hauptfaktoren, die zur Größe der Gitterenergie beitragen, sind die Ladung und der Radius der gebundenen Ionen.
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- exotherme Reaktionein Prozess, der Wärme in seine Umgebung abgibt.
- Gitterenergiedie Menge an Energie, die bei der Bildung eines kristallinen ionischen Feststoffs aus gasförmigen Ionen freigesetzt wird.
Definition der Gitterenergie
Die Gitterenergie ist eine Schätzung der Bindungsstärke in ionischen Verbindungen. Es ist definiert als die Wärme der Bildung für Ionen entgegengesetzter Ladung in der Gasphase, um sich zu einem ionischen Feststoff zu verbinden., Als Beispiel ist die Gitterenergie von Natriumchlorid, NaCl, die Energie, die freigesetzt wird, wenn gasförmige Na+– und Cl-Ionen zusammenkommen, um ein Gitter aus abwechselnden Ionen im NaCl-Kristall zu bilden.
Na^+ (g) + Cl^- (g) \rightarrow NaCl (s) \;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\; \Delta H=-787.3 kJ/mol
Das negative Vorzeichen der Energie ist bezeichnend für eine exotherme Reaktion.
Alternativ kann Gitterenergie als die Energie betrachtet werden, die benötigt wird, um einen Mol eines ionischen Feststoffs in die gasförmige Form seiner Ionen zu trennen (dh die Umkehrung der oben gezeigten Reaktion).,
Die Gitterenergie kann aufgrund der Schwierigkeit, gasförmige Ionen zu isolieren, nicht experimentell bestimmt werden. Der Energiewert kann unter Verwendung des Born-Haber-Zyklus geschätzt oder theoretisch mit einer elektrostatischen Untersuchung der Kristallstruktur berechnet werden.,
Faktoren, die die Gitterenergie beeinflussen
1918 präsentierten Born und Lande das folgende Modell für die Gitterenergie:
E = – \frac {N_AMz^+z^-e^2}{4 \pi \epsilon_o r_o} (1-\frac {1}{n})
In dieser Gleichung ist NA die Konstante von Avogadro; M ist die Madelung– Konstante, die von der Kristallgeometrie abhängt; z+ ist die Ladungszahl der kation; z-ist die Ladungszahl des Anions; e ist die Elementarladung des Elektrons; n ist der geborene Exponent, ein Merkmal der Kompressibilität des Feststoffs; \epsilon _o ist die Permittivität des freien Raums; und r0 ist der Abstand zum nächsten Ion.,
Dieses Modell betont zwei Hauptfaktoren, die zur Gitterenergie eines ionischen Festkörpers beitragen: die Ladung der Ionen und der Radius oder die Größe der Ionen. Die Wirkung dieser Faktoren ist:
- Mit zunehmender Ladung der Ionen nimmt die Gitterenergie zu
- Mit zunehmender Größe der Ionen nimmt die Gitterenergie ab
Gitterenergien sind auch wichtig für die Vorhersage der Löslichkeit ionischer Feststoffe in H2O. Ionische Verbindungen mit kleineren Gitterenergien sind tendenziell in H2O löslicher.,