晶格能

更新时间:2022-08-26 11:29

晶格能是指在标准状况下,使离子晶体变成气态正离子和气态负离子时所吸收的能量,它是度量晶格稳定性的参数。影响晶格能大小的因素有离子半径、离子电荷以及离子的电子层构型等.电荷高、半径小的离子,其晶格能大。

定义

晶格能也可以说是破坏1mol晶体,使它变成完全分离的气态自由离子所需要消耗的能量(H为正)。标准状况下,拆开单位物质的量离子晶体使其变为气态组分离子所需吸收的能量,称为离子晶体的晶格能。

公式

用化学反应式表示时,相当于下面反应式的焓变的值。

MaXb(s) →aMz+(g)+bXz-(g) U=ΔH

计算方法

晶格能的数值有两个来源:

第一是理论计算值。它是根据离子晶体模型,考虑其中任一离子跟周围异号离子间的吸引作用,以及跟其他同号离子间的排斥作用推导出下列近似公式计算得到的。

式中NA是阿伏伽德罗常数,Z是离子价数,r0是一对离子间的平均距离,M是跟晶格类型有关的马德隆常数,ε0是真空电容率(8.85419×10-12库-2·牛-1·米-2),n为伯恩常数,它的值可取5~12。例如,氯化钠晶体的Z+=Z-=1,r0=2.814×10-10m,M=1.7476,n=8,代入上述公式可得U=755kJ/mol。

第二是热化学实验值。设计一个热化学循环,然后根据实验测得的热化学量(如生成热升华热、离解热、电离能、电子亲合势)进行计算。

稳定性

离子化合物都有较高的熔点和沸点,这是和它们离子晶体有很大的晶格能有关。由于UMgO>UNaF,MgO的熔点(2800℃)比NaF的熔点(988℃)高得多。

晶格能的大小决定离子晶体的稳定性,用它可以解释和预言离子晶体的许多物理和化学性质。例如,根据晶格能大小可以求得难以从实验测出的电子亲和势,可以求得离子化合物的溶解热,并能预测溶解时的热效应

晶格能越大,表示离子键越强,晶体越稳定。

晶格能越大,熔化或破坏离子晶体时消耗的能量就越大,相应的熔点就越高,硬度就较大。亚铜离子为18电子构型,钠离子为8电子构型,亚铜离子的极化作用大于钠离子,所以共价键成分更多,晶格能更小,熔沸点更低。因此Cu2S

影响因素

影响晶格能大小的因素主要是离子半径、离子电荷以及离子的电子层构型等。

离子半径

例如,随着卤离子半径增大,卤化物的晶格能降低。

离子电荷

高价化合物的晶格能远大于低价离子化合物的晶格能,如UTiN>UMgO>UNaCl。

电子构型

Cu+和Na+半径相近、离子电荷相同,但Cu+是18电子构型,对阴离子会产生极化作用,因此UCu2S

注意事项

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