玻恩-哈伯循环

离子键的形成需要电子 从一个金属原子转移到一个非金属原子 这一过程 通常是吸热的。然而，当元素钠和氯 反应形成固体氯化钠晶体时，这是一个高度放热的过程。但是能量从何而来？根据库仑定律，阳离子和阴离子 在强大的静电作用下相互吸引，形成一个固体阵列，或称晶格。由此产生的晶格结构 是通过降低势能来稳定的，这种势能 以热量的形式释放出来，使反应成为一个放热反应。与晶格的形成或分解成 其气态成分有关的总能量 称为晶格能。在固体离子化合物中，大量的 带电粒子相互作用，这使得实验上很难确定晶格能的 精确值。然而，它可以用赫斯定律 在一系列被称为 Born-Haber 循环的假设步骤中 进行计算，这个循环代表了由其组成元素 形成离子化合物的过程。例如，氯化钠形成的 Born-Haber 循环 考虑了两条替代路线，一条是直接的，另一条是间接的。直接路线表示由 元素钠和氯生成氯化钠的标准焓。间接路线有五个步骤。在第一步中，固态钠被转化成气态。被转化成它的气态。接下来，双原子氯分子 分解成气态氯原子。第三和第四步解释了电子转移 形成离子的过程。从气态钠中除去一个电子，形成一个钠离子。然后电子被气态氯吸收，形成一个氯离子。最后一步，气体离子间的 静电吸引导致晶格 结构的形成。赫斯定律指出，一个分步过程的 总焓的变化是每一步焓变化 的总和。这就意味着直接路线的焓值 等于五个步骤的焓之和。通过求解晶格能方程 确定了一个较大的负值，这意味着反应是一个放热反应。