جامدات یونی و انرژی شبکه بلوری
جامدات یونی توسط جاذبه الکترواستاتیکی یونهای با بار مخالف به هم پیوستهاند و انرژی شبکه بلوری آنها – که با مدلهای الکترواستاتیکی و چرخههای ترمودینامیکی کمیسازی میشود – پایداری و خواص آنها را تعیین میکند.
Definition
انرژی شبکه بلوری، بررسی کمی انرژی جامدات یونی – انرژی مورد نیاز برای جداسازی بلور به یونهای گازی – با استفاده از مدلهای الکترواستاتیکی و چرخههای ترمودینامیکی برای ارتباط ساختار با پایداری است.
Scope
این مبحث مدل یونی و انرژیهای آن را پوشش میدهد: جمعبندی الکترواستاتیکی مادلونگ، عبارات بورن-لانده و بورن-مایر که دافعه کوتاهبرد را اضافه میکنند، تعیین تجربی انرژی شبکه بلوری از طریق چرخه بورن-هابر، و استفاده از انرژیهای شبکه بلوری برای توجیه نقاط ذوب، حلالیتها و پایداری حالتهای اکسیداسیون غیرمعمول. این مبحث به طور خاص به انرژیها میپردازد و توصیف هندسی ساختارها را به مبحث بستهبندی فشرده واگذار میکند.
Core questions
- انرژی شبکه بلوری چیست و چگونه تعریف میشود؟
- معادله بورن-لانده چگونه جاذبه و دافعه را ترکیب میکند؟
- چرخه بورن-هابر چگونه انرژی شبکه بلوری را به صورت تجربی تعیین میکند؟
- انرژیهای شبکه بلوری چگونه حلالیت و پایداری حالت اکسیداسیون را توضیح میدهند؟
Key concepts
- مدل یونی
- ثابت مادلونگ
- معادلات بورن-لانده و بورن-مایر
- چرخه بورن-هابر
- آنتالپی شبکه بلوری
- اثرات بار و اندازه
Key theories
- الکترواستاتیک مادلونگ و معادله بورن-لانده
- جمعبندی برهمکنشهای کولنی بر روی یک شبکه یونی بینهایت، انرژی مادلونگ را به دست میدهد و افزودن یک جمله دافعه بورن، معادله بورن-لانده را نتیجه میدهد که انرژیهای شبکه بلوری را با توافق خوبی با آزمایش پیشبینی میکند.
- چرخه بورن-هابر
- یک چرخه ترمودینامیکی قانون هس که آنتالپیهای اتمیسازی، یونیزاسیون، کسب الکترون و تشکیل را به هم مرتبط میکند، امکان تعیین انرژی شبکه بلوری را از مقادیر قابل اندازهگیری فراهم میکند و مدل یونی را آزمایش میکند.
- انرژی شبکه بلوری و روندهای شیمیایی
- انرژی شبکه بلوری با افزایش بار یونی افزایش مییابد و با افزایش اندازه یونی کاهش مییابد، که روندهای نقطه ذوب، سختی و حلالیت و پایداری ترمودینامیکی گونههای با بار بالا یا پایین در حالت جامد را توضیح میدهد.
Clinical relevance
انرژی شبکه بلوری توضیح میدهد که چرا برخی نمکها محلول و برخی دیگر نامحلول هستند، به فرمولاسیون مواد و داروها کمک میکند و زیربنای پایداری ترمودینامیکی رنگدانهها، سرامیکها و مواد الکترود باتری است.
History
نظریه الکترواستاتیکی بلورهای یونی در دهه ۱۹۱۰ توسط مادلونگ، بورن و لانده توسعه یافت که انرژیهای شبکه بلوری را از هندسه بلور محاسبه کردند. چرخه ترمودینامیکی هابر، که با بورن اصلاح شد، مسیری تجربی برای همین کمیت ارائه داد و انرژی شبکه بلوری را به عنوان سنگ بنای ترمودینامیک حالت جامد معدنی تثبیت کرد.
Key figures
- Max Born
- Alfred Landé
- Fritz Haber
- Erwin Madelung
Related topics
Seminal works
- born1918
- west2014
- weller2018
Frequently asked questions
- چرا نمکهای یونهای کوچک و با بار بالا نقاط ذوب بسیار بالایی دارند؟
- انرژی شبکه بلوری با حاصلضرب بارهای یونی افزایش مییابد و با فاصله بین یونها کاهش مییابد، بنابراین یونهای کوچک و با بار بالا پیوند الکترواستاتیکی بسیار قوی ایجاد میکنند که برای ذوب جامد باید بر آن غلبه کرد و در نتیجه نقاط ذوب بالایی دارند.
- چرخه بورن-هابر به شما امکان محاسبه چه چیزی را میدهد؟
- با اعمال قانون هس به یک حلقه بسته از مراحل آنتالپی که عناصر، یونهای گازی آنها و ترکیب جامد را به هم متصل میکند، این چرخه به شما امکان میدهد انرژی شبکه بلوری را که نمیتوان مستقیماً اندازهگیری کرد، از مقادیری که میتوان اندازهگیری کرد، حل کنید.