enthalpie Lattice (énergie de réseau)

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LATTICE ENTHALPY (LATTICE ENERGY)

Cette page présente enthalpies de réseau (énergies de réseau) et cycles Born-Haber.

enthalpie Lattice et de l’énergie du réseau sont couramment utilisées comme si elles signifient exactement la même chose – vous trouverez souvent les deux termes utilisés dans le même article de manuel ou d’un site Web, y compris sur les sites universitaires.

En fait, il existe une différence entre eux qui se rapporte aux conditions dans lesquelles ils sont calculés. Cependant, la différence est faible et négligeable par rapport aux valeurs différentes pour réseau enthalpie que vous trouverez à partir de différentes sources de données.

Sauf si vous passez à faire la chimie au niveau universitaire, la différence entre les deux termes ne sont pas susceptibles de vous inquiéter.


Remarque: Alors que je suis en train d’écrire cette section, les différentes valeurs de la même pièce de données provenant de différentes sources de données a conduit moi fou, parce qu’il n’y a pas de moyen facile de savoir qui sont les données les plus récentes ou les plus précises.

Dans les cycles Born-Haber ci-dessous, je l’ai utilisé chiffres qui donnent une réponse cohérente, mais s’il vous plaît ne supposent pas qu’ils sont nécessairement les plus précises. Si vous faites un cours pour les 16 – 18 ans, rien de tout cela importe vraiment – il suffit d’utiliser les numéros qui vous sont donnés.

Si vous utilisez mes calculs de chimie livre. vous trouverez un ensemble légèrement différent de nombres. Ceux-ci provenaient du Livre Chimie édité par Stark et Wallace, publié par John Murray. Les valeurs de ce maintenant assez vieux livre diffèrent souvent légèrement de sources plus récentes.

Ne vous inquiétez pas à ce sujet. Elle ne modifie pas les principes en aucune façon. Il suffit de ne pas supposer que tout bit de données que vous êtes donné (même par moi) est nécessairement "droite"!

Qu’est-ce réseau enthalpie?

Deux façons différentes de définir réseau enthalpie

Il existe deux façons différentes de définir réseau enthalpie qui contredisent directement les uns des autres, et vous trouverez à la fois dans l’usage commun. En fait, il existe un moyen simple de trier ceci, mais de nombreuses sources ne l’utilisez pas.

Je vais vous expliquer comment vous pouvez faire cela dans un instant, mais d’abord regardons comment le problème se pose.

enthalpie treillis est une mesure de l’intensité des forces entre les ions dans un solide ionique. Plus l’enthalpie de réseau, plus les forces.

Ces forces ne sont complètement rompus lorsque les ions sont présents sous forme d’ions gazeux, dispersés si loin qu’il ya attraction négligeable entre eux. Vous pouvez montrer sur un diagramme d’enthalpie simple.

Pour le chlorure de sodium, le solide est plus stable que les ions gazeux par 787 kJ mol -1. et qui est une mesure de la résistance des sorties entre les ions présents dans le solide. Rappelez-vous que l’énergie (dans cette énergie thermique de cas) est donnée lorsque les obligations sont faites, et est nécessaire pour rompre les liens.

Donc, enthalpie treillis peut être décrit dans une des deux façons.

  • Vous pouvez le décrire comme le changement d’enthalpie lorsque 1 mole de chlorure de sodium (ou autre) a été formé à partir de ses ions gazeux dispersés. En d’autres termes, vous êtes à la recherche d’une flèche vers le bas sur le diagramme.

    Dans le cas de chlorure de sodium, ce serait -787 kJ mol -1.

  • Ou, vous pouvez le décrire comme le changement d’enthalpie lorsque 1 mole de chlorure de sodium (ou autre) est divisé pour former ses ions gazeux dispersés. En d’autres termes, vous êtes à la recherche d’une flèche vers le haut sur le diagramme.

    Dans le cas de chlorure de sodium, ce serait 787 kJ mol -1.

    Les deux se réfèrent au même schéma enthalpie, mais on le regarde du point de vue de rendre le réseau, et l’autre du point de vue de la rupture vers le haut.

    Malheureusement, ces deux sont souvent décrits comme "enthalpie réseau".

    Cette situation est absurde confusion qui est facilement résolu. Je vous suggère de ne jamais utiliser le terme "enthalpie réseau" sans le qualifier.

    Vous devriez parler "treillis enthalpie de dissociation" si vous voulez parler de la quantité d’énergie nécessaire pour séparer un treillis en ses ions gazeux dispersés.

    Pour le NaCl, le réseau enthalpie de dissociation est de 787 kJ mol -1.

    Vous devriez parler "treillis enthalpie de formation" si vous voulez parler de la quantité d’énergie libérée lorsqu’un réseau est formé à partir de ses ions gazeux dispersés.

    Pour NaCl, l’enthalpie de formation de réseau est -787 kJ mol -1.

    Cela supprime immédiatement toute possibilité de confusion.

    L’enthalpie réseau de dissociation est le changement d’enthalpie nécessaire pour convertir 1 mole de cristal solide en ses ions gazeux dispersés. enthalpies de dissociation Lattice sont toujours positifs.

    L’enthalpie de formation de réseau est le changement d’enthalpie lorsque 1 mole de cristal solide est formé à partir de ses ions gazeux dispersés. enthalpies de formation en treillis sont toujours négatifs.

    Remarque: En savoir laquelle de ces versions de votre programme est susceptible de vouloir que vous sachiez (même si elles appellent juste "enthalpie réseau") Et se concentrer sur celui-là, mais être conscient de la confusion!

    Par ailleurs, si jamais vous êtes incertain à propos de quelle version est utilisée, vous pouvez dire à partir du signe du changement d’enthalpie en cours de discussion. Si le signe est positif, par exemple, il faut se référer aux obligations de rupture, et donc à une enthalpie réseau de dissociation.

    Facteurs affectant réseau enthalpie

    Les deux principaux facteurs qui influent sur les treillis enthalpie sont les charges des ions et des rayons ioniques (qui influe sur la distance entre les ions).

    Les charges sur les ions

    Le chlorure de sodium et d’oxyde de magnésium ont exactement les mêmes agencements des ions dans le réseau cristallin, mais les enthalpies en treillis sont très différents.

    Remarque: Dans ce schéma, et les schémas similaires ci-dessous, je ne suis pas intéressé à savoir si l’enthalpie de réseau est défini comme un signe positif ou négatif – je suis juste intéressé par leurs tailles relatives. Strictement parlant, parce que je ne l’ai pas ajouté un signe à l’axe vertical, les valeurs sont pour enthalpies réseau de dissociation. Si vous préférez treillis enthalpies de formation, il suffit de mettre mentalement un signe négatif en face de chaque numéro.

    On constate que l’enthalpie de maille de l’oxyde de magnésium est nettement supérieure à celle du chlorure de sodium. En effet, dans de l’oxyde de magnésium, les ions 2+ attirent 2- ions; dans du chlorure de sodium, l’attraction est seulement entre 1+ et 1- ions.

    Le rayon des ions

    L’enthalpie de maille de l’oxyde de magnésium est également augmenté par rapport au chlorure de sodium, car les ions magnésium sont plus petits que les ions sodium et les ions oxyde sont plus petits que les ions chlorure.

    Cela signifie que les ions sont plus proches dans le réseau cristallin, et qui augmente la résistance des sorties.

    Vous pouvez également voir cet effet de la taille des ions sur réseau enthalpie que vous descendez d’un groupe dans le tableau périodique.

    Par exemple, lorsque vous descendez groupe 7 du tableau périodique du fluor à l’iode, vous attendez les enthalpies en treillis de leurs sels de sodium à l’automne que les ions négatifs deviennent plus grands – et qui est le cas:

    Attractions sont régies par les distances entre les centres des ions de charges opposées, et que la distance est évidemment plus grande que l’ion négatif devient plus grand.

    Et vous pouvez voir exactement le même effet que vous descendez Groupe 1. La barre graphique suivant montre les enthalpies du réseau du Groupe 1 chlorures.

    Remarque: Pour enregistrer toute personne le dérange d’entrer en contact avec moi de le souligner, il est pas strictement juste de comprendre le chlorure de césium dans cette liste. le chlorure de césium a un agencement d’ions dans le cristal d’emballage différent, et qui a un faible effet sur l’enthalpie de treillis. L’effet est assez petit pour qu’il n’affecte pas réellement la tendance.

    Calcul réseau enthalpie

    Il est impossible de mesurer la variation d’enthalpie à partir d’un cristal solide et la convertir en ses ions gazeux dispersés. Il est encore plus difficile d’imaginer comment vous pourriez faire l’inverse – commencer avec des ions gazeux dispersés et mesurer la variation d’enthalpie lorsque ceux-ci se convertissent à un cristal solide.

    Au lieu de cela, enthalpies de réseau doivent toujours être calculés, et il y a deux façons totalement différentes dans lesquelles cela peut être fait.

    Vous pouvez pouvez utiliser le cycle de la loi d’un Hess (dans ce cas appelé un cycle de Born-Haber) impliquant des changements d’enthalpie qui pouvez mesurer. enthalpies Lattice calculées de cette façon sont décrits comme des valeurs expérimentales.

    Ou vous pouvez faire des calculs de physique de style de travail sur la quantité d’énergie serait libérée, par exemple, lorsque des ions considérés comme des charges ponctuelles sont réunis pour faire un réseau. Ceux-ci sont décrits comme étant les valeurs théoriques. En fait, dans ce cas, ce que vous êtes réellement de calcul sont correctement décrit comme treillis énergies .

    Remarque: Si vous n’êtes pas confiant sur les cycles de la loi de Hess. c’est essentiel que vous suivez ce lien avant de partir.

    Les valeurs expérimentales – cycles Born-Haber

    enthalpies d’atomisation standard

    Avant de commencer à parler de cycles Born-Haber, il y a un terme supplémentaire dont nous avons besoin de définir. C’est pulvérisation enthalpie . ΔH°une .

    L’enthalpie d’atomisation standard est le changement d’enthalpie lorsque 1 mole d’atomes gazeux est formé à partir de l’élément dans son état standard. le changement d’enthalpie de nébulisation est toujours positif.

    Vous allez toujours avoir à fournir de l’énergie pour briser un élément dans ses atomes gazeux séparés.

    Toutes les équations suivantes représentent les changements impliquant nébulisation enthalpie:

    Avis particulier que le "mol -1 " est par mole d’atomes formés – PAS par mole de l’élément que vous démarrez avec. Vous assez fréquemment avoir à écrire des fractions dans le côté gauche de l’équation. Obtenir ce mal est une erreur courante.

    Je vais commencer par dessiner un cycle de Born-Haber pour le chlorure de sodium, puis parler à travers avec soin par la suite. Vous verrez que j’ai arbitrairement décidé d’élaborer ce pour réseau enthalpie de formation. Si vous vouliez dessiner pour réseau enthalpie de dissociation, la flèche rouge serait inversée – pointant vers le haut.

    Concentrez commencer par le plus élevé des deux lignes horizontales plus épais. Nous commençons ici avec des éléments sodium et de chlore dans leurs états standard. Notez que nous avons seulement besoin d’un demi-mole de chlore gazeux, afin de se retrouver avec 1 mole de NaCl.

    La flèche pointant vers le bas de ce à la ligne inférieure épaisse représente la variation d’enthalpie de formation de chlorure de sodium.

    Le cycle de Born-Haber imagine maintenant cette formation de chlorure de sodium comme passe dans toute une série de petits changements, dont la plupart nous connaissons les changements d’enthalpie pour – sauf, bien sûr, pour le réseau enthalpie que nous voulons calculer.

    Le +107 est l’enthalpie d’atomisation de sodium. Nous devons produire des atomes gazeux de sorte que nous pouvons utiliser la prochaine étape dans le cycle.

    Le premier est le 496 de l’énergie d’ionisation du sodium. Rappelez-vous que les premières énergies d’ionisation vont de atomes gazeux à ions positifs gazeux à charge unique.

    Le +122 est l’enthalpie d’atomisation de chlore. Encore une fois, nous devons produire des atomes gazeux de sorte que nous pouvons utiliser la prochaine étape dans le cycle.

    L’-349 est la première affinité électronique du chlore. Rappelez-vous que les affinités de premiers électrons passent d’atomes gazeux à ions négatifs gazeux à charge unique.

    Et enfin, nous avons les ions gazeux positifs et négatifs que nous pouvons convertir en chlorure de sodium solide en utilisant la formation enthalpie treillis.

    Vous pouvez voir que beaucoup plus d’énergie est libérée lorsque vous faites MgCl2 que lorsque vous faites MgCl. Pourquoi donc?

    Vous avez besoin de mettre plus d’énergie pour ioniser le magnésium pour donner un ion 2+, mais beaucoup plus d’énergie est libérée sous forme de réseau enthalpie. En effet il y a des attractions ioniques forts entre les 1- ions et 2+ que entre les ions 1- et 1+ en MgCl.

    Alors qu’en MgCl3. L’énergie de réseau ici serait encore plus grande.

    Le cycle de Born-Haber pour MgCl3

    L’équation de la variation d’enthalpie de formation est cette fois-ci

    Alors, comment cela change les numéros dans le cycle de Born-Haber cette fois?

    Vous devez ajouter dans la troisième énergie d’ionisation du magnésium, parce que vous faites un ion 3+.

    Vous devez multiplier l’enthalpie d’atomisation du chlore par 3, parce que vous avez besoin de 3 moles d’atomes de chlore gazeux.

    Vous devez multiplier l’affinité électronique de chlore par 3, parce que vous faites 3 moles d’ions chlorure.

    Vous devez à nouveau une valeur différente pour réseau enthalpie.

    Cette fois-ci, le composé est extrêmement instable énergiquement, à la fois en ce qui concerne ses éléments, ainsi que d’autres composés qui peuvent être formés. Vous auriez besoin de fournir près de 4000 kJ pour obtenir 1 mole de MgCl3 pour former!

    Regardez attentivement la raison pour cela. L’enthalpie de réseau est le plus élevé pour tous ces composés possibles, mais il est pas assez élevé pour compenser la très grande énergie de magnésium d’ionisation tiers.

    Pourquoi la troisième énergie d’ionisation est si grand? Les deux premiers électrons à être retirés du magnésium proviennent du niveau 3. Le troisième vient de la 2p. C’est plus près du noyau, et manque d’une couche de criblage ainsi – et tellement plus d’énergie est nécessaire pour le retirer.

    Les 3s électrons sont projetés à partir du noyau par les électrons 1 niveau et 2 niveaux. Les électrons 2p ne sont criblées par le niveau 1 (plus un peu d’aide des électrons 2s).

    Le chlorure de magnésium est MgCl2, car cela est la combinaison de magnésium et du chlore, qui produit le composé le plus stable énergétiquement – celle avec le changement d’enthalpie la plus négative de la formation.

    Questions pour tester votre compréhension

    Si ceci est la première série de questions que vous avez fait, s’il vous plaît lisez la page d’introduction avant de commencer. Vous aurez besoin d’utiliser le bouton de retour de votre navigateur pour revenir ici après.

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    Source: chemguide.co.uk

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