晶格能

度量晶格穩定性的參數

晶格能是指在標準狀況下,使離子晶體變成氣態正離子和氣態負離子時所吸收的能量,它是度量晶格穩定性的參數。影響晶格能大小的因素有離子半徑、離子電荷以及離子的電子層構型等。電荷高、半徑小的離子,其晶格能大。

定義


晶格能也可以說是破壞1mol晶體,使它變成完全分離的氣態自由離子所需要消耗的能量(H為正)。標準狀況下,拆開單位物質的量離子晶體使其變為氣態組分離子所需吸收的能量,稱為離子晶體的晶格能。

公式


用化學反應式表示時,相當於下面反應式的焓變的值。

計算方法


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N是阿伏伽德羅常數,Z是離子價數,r是一對離子間的平均距離,M是跟晶格類型有關的馬德隆常數,ε是真空電容率(),n為伯恩常數,它的值可取5~12。例如,氯化鈉晶體的,,,,代入上述公式可得。
第二是熱化學實驗值。設計一個熱化學循環,然後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。

穩定性


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。由於,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,並能預測溶解時的熱效應。
晶格能越大,表示離子鍵越強,晶體越穩定。
晶格能越大,熔化或破壞離子晶體時消耗的能量就越大,相應的熔點就越高,硬度就較大。亞銅離子為18電子構型,鈉離子為8電子構型,亞銅離子的極化作用大於鈉離子,所以共價鍵成分更多,晶格能更小,熔沸點更低。因此。

影響因素


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。

離子半徑

例如,隨著鹵離子 半徑增大,鹵化物的 晶格能降低。

離子電荷

高價化合物的晶格能遠大於低價離子化合物的晶格能,如。

電子構型

和半徑相近、離子電荷相同,但是18電子構型,對陰離子會產生極化作用,因此。

注意事項


1.只有氣態的離子化合為產物時才可以討論晶格能。
2.晶格能永遠是正數:由於晶格能的定義強調了離子鍵的形成,而不是離子鍵的破裂,因此反應永遠是放熱反應
3.由於能量守恆定律與熱力學第二定律的原因,晶格能越大表示該離子化合物越穩定,晶格內的離子鍵越強。