9.5: Örgü Enerjisindeki Trendler İyon Boyutu ve Yükü

Bir iyonik bileşik, pozitif ve negatif iyonları arasındaki elektrostatik çekim nedeniyle stabildir. Bir bileşiğin örgü enerjisi, bu çekimin gücünün bir ölçüsüdür. Bir iyonik bileşiğin örgü enerjisi (ΔH_örgü (ΔH_lattice)), bir mol kristali gaz haldeki iyonlarına ayrıştırmak için gerekli olan enerji olarak tanımlanır. İyonik katı sodyum klorür için örgü enerjisi, sürecin entalpi değişimidir:

Konvansiyon

Burada, iyonik katının iyonlara ayrıldığı, yani örgü enerjilerinin endotermik olacağı (pozitif değerler) konvansiyon kullanılır. Başka bir yol, eşdeğer ancak zıt bir kural kullanmaktır, burada örgü enerjisi ekzotermiktir (negatif değerler) ve iyonlar bir örgü oluşturmak için birleştiğinde açığa çıkan enerji olarak tanımlanır. Bu nedenle, başka bir referanstaki örgü enerjilerine bakarken hangi tanımın kullanıldığını doğruladığınızdan emin olun. Her iki durumda da, örgü enerjisi için daha büyük bir büyüklük, daha kararlı bir iyonik bileşiği gösterir. Sodyum klorür için ΔH_örgü = 769 kJ. Bu nedenle, bir mol katı NaCl’yi gaz halindeki Na⁺ ve Cl^– iyonlarına ayırmak 769 kJ gerektirir. Gaz halindeki Na⁺ ve Cl^– iyonlarının her biri bir mol katı NaCl oluşturduğunda 769 kJ ısı açığa çıkar.

Coulomb Yasası ve Örgü Enerjisi

Bir iyonik kristalin örgü enerjisi ΔH_örgü, aşağıdaki denklemle ifade edilebilir (Coulomb yasasından türetilen, elektrik yükleri arasındaki kuvvetleri yöneten): 

ΔH_örgü =  C(Z ⁺)(Z⁻)/R_o 

burada C, kristal yapının tipine bağlı olan bir sabittir; Z⁺ ve Z^– iyonlar üzerindeki yüklerdir ve R_o interiyonik mesafedir (pozitif ve negatif iyonların yarıçaplarının toplamı). Bu nedenle, bir iyonik kristalin örgü enerjisi, iyonların yükleri arttıkça ve iyonların boyutları küçüldükçe hızla artar. Diğer tüm parametreler sabit tutulduğunda, hem katyon hem de anyonun yükünü ikiye katlamak, örgü enerjisini dört katına çıkarır. 

Örnekler

1. LiF’nin (Z⁺ ve Z^– = 1) örgü enerjisi 1023 kJ/mol iken, MgO’nun (Z⁺ ve Z^– = 2) 3900 kJ/mol (R_o neredeyse aynıdır — her iki bileşik için yaklaşık 200 pm).
2. Farklı atomlararası mesafeler farklı örgü enerjileri üretir. Örneğin, I^– ile karşılaştırıldığında daha küçük iyonik F^– boyutunun örgü enerjisi üzerindeki etkisini gözlemlemek için MgF₂‘nin (2957 kJ/mol) örgü enerjisini MgI₂‘ninkiyle (2327 kJ/mol) karşılaştırın.
3. Değerli taş yakut, Cr⁺³ izleri içeren alüminyum oksit, Al₂O₃‘tür. Al₂Se₃ bileşiği, bazı yarı iletken cihazların imalatında kullanılır. Bu iki iyonik bileşikte, Z⁺ ve Z^– yükleri aynıdır, dolayısıyla örgü enerjisindeki fark R_o‘ya bağlıdır. O₂^– iyonu Se₂^– iyonundan daha küçük olduğu için, Al₂O₃, Al₂Se₃‘ten daha kısa bir interiyonik mesafeye ve dolayısıyla daha büyük örgü enerjisine sahiptir.
4. Başka bir örnek, NaCl ile karşılaştırıldığında çinko oksit, ZnO’dur. ZnO daha büyük bir örgü enerjisine sahiptir çünkü ZnO’daki hem katyon hem de anyonun Z değerleri daha büyüktür ve ZnO’nun interiyonik mesafesi NaCl’ninkinden daha küçüktür.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Chemistry 2e, Section 7.5: Strengths of Ionic and Covalent Bonds.