Born-Haberjev ciklus

Born-Haberjev ciklus je postopek za analiziranje reakcijskih energij. Ime je dobil po svojih avtorjih, znanstvenikih Maxu Bornu in Fritzu Haberju.

Born-Haberjev ciklus obravnava tvorbo ionske spojine v reakciji med kovino, običajno iz 1. in 2. skupine elementov, in nekovino. Ciklus se je prvotno uporabljal predvsem kot orodje za izračunavanje mrežne entalpije ΔH_m, katere se ne da izmeriti neposredno.

Mrežna entalpija je sprememba entalpije, do katere pride pri tvorbi ionske spojine iz plinastih ionov. Nekateri kemiki jo definirajo v obratni smeri, se pravi kot energijo, ki je potrebna, da se ionska spojina uplini. Prva reakcija je vedno eksotermna, druga pa vedno endotermna.

Born-Haberjev ciklus izračunava mrežno entalpijo s primerjavo standardne tvorbene entalpije ΔH_t ionske spojine z entalpijo, ki je potrebna za tvorbo plinastih ionov iz elementov in je ena od aplikacij Hessovega zakona.

Ugotavljanje energije, ki je potrebna za pretvorbo kovine v plinaste ione, je zelo zapleteno, ker je treba kovino najpreh upariti in nato uplinjene atome ionizirati. Če je element v normalnem stanju molekula, je treba upoštevati tudi disociacijsko entalpijo (vezno energijo) vezi. Energija, ki je potrebna za odcepitev elektronov in nastanek kationa, je ionizacijska energija. Entalpija, ki je potrebna za pripojitev elektronov in nastanek aniona je elektronska afiniteta.

Primer: tvorba litijevega fluorida

Born-Haberjev ciklus za standardno tvorbeno entalpijo litijevega fluorida.

Tvorbena entalpija litijevega fluorida iz atomarnega litija in fluora je sestavljena iz petih energij:

1. atomizacijska entalpija litija:

Li(s) + ½F₂(g) → Li(g) + ½F₂(g)

2. ionizacijska entalpija litija:

Li(g) + ½F₂(g) → Li⁺(g) + ½F₂(g) + e^-

3. atomizacijska entalpija fluora:

Li⁺(g) + ½F₂(g) + e^- → Li+(g) + F(g) + e^-

4. elektronska afiniteta fluora:

Li+(g) + F(g) + e^- → Li⁺(g) + F^-(g)

5. mrežna entalpija:

Li⁺(g) + F^-(g) → LiF(s)

Vsota energij vseh korakov procesa je enaka tvorbeni entalpiji litijevega klorida:

ΔH_t(LiCl) = ΔH_i(Li) + ½ ΔH_d(F₂) + E_i(Li) – E_ea(F) – ΔH_m

pri čemer je

ΔH_i(Li) = izparilna entalpija kovinskega litija

ΔH_d(F₂) = vezna entalpija fluora

E_i(Li) = ionizacijska energija litija

E_ea(F) = elektronska afiniteta fluora

ΔH_m = mrežna entalpija

Izračun ni uporaben samo za litij in fluor, ampak za katerokoli kovino in nekovino.

Tvorbeno entalpijo in prve štiri od petih energij se lahko določi eksperimentalno, mrežne entalpije pa ne. Mrežno entalpijo se lahko izračuna tako, da se od tvorbene entalpije odštejejo ostale štiri energije Born-Haberjevega cikla.

Glej tudi

• Hessov zakon