在標準狀況下(101 325Pa和25℃),由相互遠離的氣態(tài)離子或分子形成1mol化合物晶體時所釋放出的能量.
晶格能是衡量晶體中離子間或分子間結(jié)合能力大小的一個量度,是闡明晶體物理、化學(xué)性質(zhì)的重要物理量.晶格能越大,晶體的熔、沸點越高,硬度也越大.分子晶體的晶格能以分子間作用力為基礎(chǔ),比離子晶體的晶格能小得多.
晶格能
也稱點陣能,是指由相互遠離的氣態(tài)離子或分子形成1mol化合物晶體時所釋放出的能量(更嚴謹?shù)亩x還須指定溫度),因晶體具有點陣式的周期性結(jié)構(gòu),故得名.如對由正、負離子M+和X-組成的離子晶體,下式中的U即形成1mol離子化合物MX的點陣能:
M+(氣態(tài))+X-(氣態(tài))→MX(晶態(tài))+U
點陣能是衡量晶體中離子間或分子間鍵結(jié)合能大小的一個量度,是闡明晶體物理、化學(xué)性質(zhì)的重要物理量.分子晶體的點陣能因以分子間作用力為基礎(chǔ),比離子晶體的點陣能要小得多.
晶格能又叫點陣能.它是在OK時1mol離子化合物中的正、負離子從相互分離的氣態(tài)結(jié)合成離子晶體時所放出的能量.用化學(xué)反應(yīng)式表示時,相當于下面反應(yīng)式的內(nèi)能改變量.
aMz+(氣)+bXz-(氣)→MaXb(晶體)+U(晶格能)
晶格能也可以說是破壞1mol晶體,使它變成完全分離的自由離子所需要消耗的能量.晶格能越大,表示離子鍵越強,晶體越穩(wěn)定.晶格能的數(shù)值有兩個來源.第一是理論計算值.它是根據(jù)離子晶體模型,考慮其中任一離子跟周圍異號離子間的吸引作用,以及跟其他同號離子間的排斥作用推導(dǎo)出下列近似公式計算得到的.
式中Z是離子價數(shù),R0是一對離子間的平均距離,A是跟一定的晶格類型有關(guān)的常數(shù),NA是阿佛加德羅常數(shù),m是跟離子的電子層構(gòu)型有關(guān)的常數(shù),它的值可取5~12,ε0是真空電容率(8.85419×10-12庫-2·牛-1·米-2).例如,氯化鈉晶體的Z+=Z-=1,R0=2.814×10-10m,m=8,A=1.7476,代入上述公式可得U=755kJ/mol.第二是熱化學(xué)實驗值.設(shè)計一個熱化學(xué)循環(huán),然后根據(jù)實驗測得的熱化學(xué)量(如生成熱、升華熱、離解熱、電離能、電子親合勢)進行計算.影響晶格能大小的因素主要是離子半徑、離子電荷以及離子的電子層構(gòu)型等.例如,隨著鹵離子半徑增大,鹵化物的晶格能降低;高價化合物的晶格能遠大于低價離子化合物的晶格能,如UTiN>UMgO>UNaCl.此外,Cu+和Na+半徑相近、離子電荷相同,但Cu+是18電子構(gòu)型,對陰離子會產(chǎn)生極化作用,因此UCu2S>UNa2S.離子化合物都有較高的熔點和沸點,這是和它們離子晶體有很大的晶格能有關(guān).由于UMgO>UNaF,MgO的熔點(2800℃)比NaF的熔點(988℃)高得多.晶格能的大小決定離子晶體的穩(wěn)定性,用它可以解釋和預(yù)言離子晶體的許多物理和化學(xué)性質(zhì).例如,根據(jù)晶格能大小可以求得難以從實驗測出的電子親和勢,可以求得離子化合物的溶解熱,并能預(yù)測溶解時的熱效應(yīng).
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