Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

9.5: الاتجاهات في الطاقة الشبكية- حجم الأيون وشحنته
فهرس المحتويات

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.

Education
Trends in Lattice Energy: Ion Size and Charge
 
نسخة طبق الأصل

9.5: الاتجاهات في الطاقة الشبكية- حجم الأيون وشحنته

مركب أيوني مستقر بسبب الجاذبية الكهروستاتيكية بين أيونات موجبة وسالبة. الطاقة الشبكية لمركب هي مقياس لقوة هذا التجاذب. تُعرَّف طاقة شبكية (ΔHlattice) لمركب أيوني بأنها الطاقة المطلوبة لفصل مول واحد من المادة الصلبة عن أيونات الغازات المكونة له. بالنسبة لكلوريد الصوديوم الأيوني الصلب، فإن الطاقة الشبكية هي التغير في المحتوى الحراري للعملية:

Eq1

الاتفاقيات

هنا، يتم استخدام الإتفاقية حيث يتم فصل الصلب الأيوني إلى أيونات، مما يعني أن طاقات شبكية ستكون ماصة للحرارة (قيم موجبة). ثمة طريقة أخرى لاستخدام تقليد مكافئ لكن معاكس، حيث تكون طاقة الشبكة طاردة للحرارة (قيم سالبة)، ويُوصف بأنها الطاقة التي يتم إطلاقها عندما تتحد الأيونات لتكوين شبكية. لذلك، تأكد من تحديد التعريف المستخدم عند البحث عن مصادر شبكية في مرجع آخر. في كلتا الحالتين، يشير الحجم الأكبر للطاقة الشبكية إلى مركب أيوني أكثر ثباتًا. بالنسبة لكلوريد الصوديوم، تكون قيمة Hlattice = 769 كيلوجول. وبالتالي، يتطلب الأمر استخدام 769 كيلوجول لفصل مول واحد من NaCl الصلب إلى أيونات غازية Na+ و Cl. عندما تتكون أيونات من أيونات غازية من نوع Na+ و Cl– من NaCl صلب، يتم تحرير 769 كيلوجول من الحرارة.

قانون كولومب’ والطاقة الشبكية

الطاقة الشبكية ΔHlattice لبلورة أيونية يمكن التعبير عنها بالمعادلة التالية (المستمدة من قانون كولومب’، الذي يحكم القوى بين الشحنات الكهربائية):  

ΔHlattice =  C(Z +)(Z)/Ro 

حيث C ثابت يعتمد على نوع البنية البلورية؛Z+ و Z هي الشحنات على الأيونات، و Ro هو المسافة بين الأيونات (مجموع شعاع الأيونات الموجبة والسالبة). وبالتالي، تزداد الطاقة الشبكية للكريستال الأيوني بسرعة مع زيادة شحنات الأيونات وانخفاض أحجام الأيونات. عندما يتم الحفاظ على ثبات جميع المعلمات الأخرى، فإن مضاعفة شحن كل من الشحونَين إلى أربعة أضعاف الطاقة الشبكية.  

أمثلة

  1. تبلغ طاقة شبكية LiF (Z+ و Z = 1) هي 1023 كيلوجول/مول، بينما MgO (Z+ و Z = 2) هي 3900 كيلوجول/مول (Ro هي نفسها — تقريباً حوالي 200 pm لكلتا المركبين).
  2. تنتج المسافات بين الذرات المختلفة طاقات شبكية مختلفة. على سبيل المثال، قارن طاقة شبكية MgF2 (2957 كيلوجول/مول) بـ MgI2 (2327 كيلوجول/مول) لملاحظة التأثير على طاقة شبكية بحجم أيوني أصغر من FF مقارنة بـ I.
  3. جوهرة الياقوت الثمينة هي أكسيد الألومنيوم، Al2O3، التي تحتوي على آثار Cr3+. يُستخدم المركّب Al2Se3 في تصنيع بعض أجهزة أشباه الموصلات. في هذين المركبين الأيونيين، تكون الشحنات Z+ و Z هي نفسها، لذا يعتمد الاختلاف في طاقة شبكية على Ro. بما أن الأيون O2 أصغر من الأيون Se2 فإن Al2O3 له مسافة أيونية أقصر من Al2Se3، وبالتالي، لديه طاقة شبكية أكبر.
  4. ومن الأمثلة الأخرى أكسيد الزنك، ZnO، مقارنة بـ NaCl. لدى ZnO طاقة شبكية أكبر لأن قيم Z لكلٍ من الكاتيون والأنيون في ZnO أكبر، والمسافة الأيونية بين ZnO أصغر من قيمة NaCl.

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 7.5: Strengths of Ionic and Covalent Bonds.

Tags

Lattice Energy Ion Size Charge Ionic Compound Coulomb's Law Potential Energy Distance Between Ions Bond Length Alkali Metals Alkaline Earth Metals Internuclear Distance Attraction Between Ions Lattice Energy Magnitude

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter