晶格能
晶格能又叫點陣能。它是在OK時 1mol離子化合物中的正、負離子從相互分離的氣態結合成離子晶體時所放出的能量。用化學反應式表示時,相當于下面反應式的內能改變量。
aM z (氣) bXz- (氣)→ Ma Xb (晶體) U(晶格能)
晶格能也可以說是破壞 1mol晶體,使它變成完全分離的自由離子所需要消耗的能量。晶格能越大,表示離子鍵越強,晶體越穩定。 晶格能的數值有兩個來源。第一是理論計算值。它是根據離子晶體模型,考慮其中任一離子跟周圍異號離子間的吸引作用,以及跟其他同號離子間的排斥作用推導出下列近似公式計算得到的。
式中 Z是離子價數, R0 是一對離子間的平均距離, A是跟一定的晶格類型有關的常數, NA 是阿佛加德羅常數, m是跟離子的電子層構型有關的常數,它的值可取 5~ 12,ε 0 是真空電容率( 8.85419× 10-12 庫 -2 ·牛 -1 ·米 -2 )。例如,氯化鈉晶體的 Z =Z- =1, R0 =2.814× 10-10 m, m=8, A=1.7476,代入上述公式可得 U=755kJ/mol。第二是熱化學實驗值。設計一個熱化學循環,然后根據實驗測得的熱化學量(如生成熱、升華熱、離解熱、電離能、電子親合勢)進行計算。 影響晶格能大小的因素主要是離子半徑、離子電荷以及離子的電子層構型等。例如,隨著鹵離子半徑增大,鹵化物的晶格能降低;高價化合物的晶格能遠大于低價離子化合物的晶格能,如 UTiN > UMgO > UNaCl 。此外, Cu 和 Na 半徑相近、離子電荷相同,但 Cu 是 18電子構型,對陰離子會產生極化作用,因此 UCu2S > UNa2S 。 離子化合物都有較高的熔點和沸點,這是和它們離子晶體有很大的晶格能有關。由于 UMgO > UNaF , MgO的熔點( 2800℃)比 NaF的熔點( 988℃)高得多。 晶格能的大小決定離子晶體的穩定性,用它可以解釋和預言離子晶體的許多物理和化學性質。例如,根據晶格能大小可以求得難以從實驗測出的電子親和勢,可以求得離子化合物的溶解熱,并能預測溶解時的熱效應。
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