Question 1

Warum ist die Bildung von Natriumchlorid exotherm, wenn die Ionenbindung Energie erfordert?

Accepted Answer

Die Bildung von Ionenbindungen beinhaltet Elektronentransfer, was endotherm ist. Die resultierenden Kationen und Anionen ziehen sich jedoch durch starke elektrostatische Kräfte gegenseitig an und bilden eine stabile Gitterstruktur. Diese Gitterbildung setzt bedeutende Energie in Form von Wärme frei, wodurch der Gesamtprozess hoch exotherm wird. Die durch die Gitterstabilisierung freigesetzte Energie übersteigt die für die Elektronenübertragung benötigte Energie.

Question 2

Was ist Gitterenergie und wie hängt sie mit der Stabilität ionischer Verbindungen zusammen?

Accepted Answer

Gitterenergie ist die Gesamtenergie, die erforderlich ist, um ein Mol einer festen ionischen Verbindung in gasförmige Ionen zu trennen, oder gleichbedeutend, die Energie, die freigesetzt wird, wenn gasförmige Ionen sich zu einem festen Gitter verbinden. Eine größere Gitterenergie zeigt stärkere elektrostatische Anziehungen zwischen Ionen und eine größere Stabilität der ionischen Verbindung an. Für Natriumchlorid beträgt die Gitterenergie 769 kJ/mol.

Question 3

Wie berechnet der Born-Haber-Zyklus indirekt die Gitterenergie?

Accepted Answer

Der Born-Haber-Zyklus wendet Hess'sches Gesetz an, indem er die Bildung ionischer Verbindungen in fünf hypothetische Schritte unterteilt: Sublimation des Metalls, Dissoziation von Nichtmetallmolekülen, Ionisierung von Metallatomen, Elektronenaffinität von Nichtmetallatomen und Gitterbildung. Da Enthalpie eine Zustandsfunktion ist, entspricht die Summe der Enthalpieänderungen für diese Schritte der Standardbildungsenthalpie. Die Lösung nach der Gitterenergie ergibt einen großen negativen Wert, was die exotherme Gitterbildung bestätigt.

Question 4

Wie beeinflussen Ionengröße und -ladung die Gitterenergie?

Accepted Answer

Die Gitterenergie steigt rapide an, wenn die Ionenladungen zunehmen und die Ionengrößen abnehmen. Eine Verdoppelung der Ladungen sowohl des Kations als auch des Anions vervierfacht die Gitterenergie. Zum Beispiel hat MgO eine viel höhere Gitterenergie (3900 kJ/mol) als LiF (1023 kJ/mol) aufgrund der höheren Ionenladungen. Kleinere Ionen wie F– erzeugen höhere Gitterenergien als größere Ionen wie I–, wenn sie mit demselben Kation gebunden sind, was die Wirkung von Trends in Gitterenergie, Ionengröße und Ladung zeigt.

Question 5

Warum sind Gitterenergien viel höher als kovalente Bindungsdissoziationsenergien?

Accepted Answer

Gitterenergien liegen typischerweise zwischen 600–4000 kJ/mol, während kovalente Bindung Dissoziationsenergien typischerweise 150–400 kJ/mol für Einfachbindungen betragen. Dieser Unterschied besteht, weil Gitterenergie viele gleichzeitige elektrostatische Wechselwirkungen zwischen zahlreichen Kationen und Anionen in einer ausgedehnten Kristallstruktur umfasst, während die Bindungs-Dissoziationsenergie die Wechselwirkung zwischen nur zwei Atomen in einer kovalenten Bindung misst.

Question 6

Kann der Born-Haber-Zyklus die Elektronenaffinität bestimmen, wenn andere Werte bekannt sind?

Accepted Answer

Ja, der Born-Haber-Zyklus kann jede einzelne Größe in der Gitterenergie-Gleichung berechnen, wenn alle anderen Werte bekannt sind. Wenn die Sublimationsenthalpie, Ionisierungsenergie, Bindungsdissoziationsenthalpie, Gitterenergie und Standardbildungsenthalpie verfügbar sind, kann der Zyklus umgeordnet werden, um die das Elektron Affinität eines Atoms zu bestimmen. Dies zeigt die Vielseitigkeit von Hess'schem Gesetz in thermochemischen Berechnungen.

Question 7

Was sind die fünf Schritte im Born-Haber-Zyklus für Natriumchlorid?

Accepted Answer

Die fünf Schritte sind: (1) Sublimation von festem Natrium zu gasförmigem Natrium, (2) Dissoziation von zweiatomigem Chlor in gasförmige Chloratome, (3) Ionisierung von gasförmigem Natrium zu Na+ Kationen, (4) Elektronenaffinität von gasförmigem Chlor zu Cl– Anionen und (5) elektrostatische Anziehung zwischen gasförmigen Ionen, die das feste Gitter bilden. Diese Schritte repräsentieren einen indirekten Weg, der der direkten Bildung von NaCl aus seinen Elementen entspricht.

Der Born-Haber-Kreisprozess

Gitterenergie

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