आयनिक ठोस और जालक ऊर्जा विज्ञान
आयनिक ठोस विपरीत आवेशित आयनों के स्थिरवैद्युत आकर्षण द्वारा एक साथ बंधे होते हैं, और उनकी जालक ऊर्जा—जिसे स्थिरवैद्युत मॉडल और ऊष्मागतिक चक्रों द्वारा परिमाणित किया जाता है—उनकी स्थिरता और गुणों को नियंत्रित करती है।
Definition
जालक ऊर्जा विज्ञान आयनिक ठोसों की ऊर्जा का मात्रात्मक उपचार है—क्रिस्टल को गैसीय आयनों में अलग करने के लिए आवश्यक ऊर्जा—संरचना को स्थिरता से जोड़ने के लिए स्थिरवैद्युत मॉडल और ऊष्मागतिक चक्रों का उपयोग करना।
Scope
यह विषय आयनिक मॉडल और उसके ऊर्जा विज्ञान को शामिल करता है: स्थिरवैद्युत मैडेलुंग योग, बोर्न-लैंडे और बोर्न-मेयर समीकरण जो लघु-श्रेणी प्रतिकर्षण जोड़ते हैं, बोर्न-हैबर चक्र के माध्यम से जालक ऊर्जा का प्रायोगिक निर्धारण, और गलनांक, घुलनशीलता और असामान्य ऑक्सीकरण अवस्थाओं की स्थिरता को तर्कसंगत बनाने के लिए जालक ऊर्जाओं का उपयोग। यह विशेष रूप से ऊर्जा विज्ञान का उपचार करता है, संरचनाओं के ज्यामितीय विवरण को सघन-पैकिंग विषय के लिए छोड़ देता है।
Core questions
- जालक ऊर्जा क्या है और इसे कैसे परिभाषित किया जाता है?
- बोर्न-लैंडे समीकरण आकर्षण और प्रतिकर्षण को कैसे जोड़ता है?
- बोर्न-हैबर चक्र जालक ऊर्जा को प्रायोगिक रूप से कैसे निर्धारित करता है?
- जालक ऊर्जाएं घुलनशीलता और ऑक्सीकरण-अवस्था स्थिरता को कैसे समझाती हैं?
Key concepts
- आयनिक मॉडल
- मैडेलुंग स्थिरांक
- बोर्न-लैंडे और बोर्न-मेयर समीकरण
- बोर्न-हैबर चक्र
- जालक एन्थैल्पी
- आवेश और आकार प्रभाव
Key theories
- मैडेलुंग स्थिरवैद्युत और बोर्न-लैंडे समीकरण
- एक अनंत आयनिक जालक पर कूलम्ब अंतःक्रियाओं का योग मैडेलुंग ऊर्जा देता है, और एक बोर्न प्रतिकर्षण पद जोड़ने से बोर्न-लैंडे समीकरण प्राप्त होता है, जो प्रयोग के साथ अच्छे समझौते में जालक ऊर्जाओं की भविष्यवाणी करता है।
- बोर्न-हैबर चक्र
- परमाणुकरण, आयनीकरण, इलेक्ट्रॉन-लाभ और निर्माण एन्थैल्पी को जोड़ने वाला एक हेस का नियम ऊष्मागतिक चक्र जालक ऊर्जा को मापने योग्य मात्राओं से निर्धारित करने की अनुमति देता है, आयनिक मॉडल का परीक्षण करता है।
- जालक ऊर्जा और रासायनिक प्रवृत्तियाँ
- जालक ऊर्जा आयनिक आवेश के साथ बढ़ती है और आयनिक आकार के साथ घटती है, गलनांक, कठोरता और घुलनशीलता में प्रवृत्तियों और ठोस अवस्था में उच्च- या निम्न-आवेश प्रजातियों के ऊष्मागतिक स्थिरीकरण की व्याख्या करती है।
Clinical relevance
जालक ऊर्जा विज्ञान बताता है कि कुछ लवण घुलनशील क्यों होते हैं और अन्य अघुलनशील क्यों होते हैं, सामग्री और फार्मास्यूटिकल्स के निर्माण का मार्गदर्शन करता है, और पिगमेंट, सिरेमिक और बैटरी इलेक्ट्रोड सामग्री की ऊष्मागतिक स्थिरता को रेखांकित करता है।
History
आयनिक क्रिस्टल का स्थिरवैद्युत सिद्धांत 1910 के दशक में मैडेलुंग, बोर्न और लैंडे द्वारा विकसित किया गया था, जिन्होंने क्रिस्टल ज्यामिति से जालक ऊर्जाओं की गणना की थी। हैबर के ऊष्मागतिक चक्र, जिसे बोर्न के साथ परिष्कृत किया गया था, ने उसी मात्रा के लिए एक प्रायोगिक मार्ग प्रदान किया, जिससे जालक ऊर्जा अकार्बनिक ठोस-अवस्था ऊष्मागतिकी की आधारशिला बन गई।
Key figures
- Max Born
- Alfred Landé
- Fritz Haber
- Erwin Madelung
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Frequently asked questions
- छोटे, अत्यधिक आवेशित आयनों के लवणों के गलनांक इतने अधिक क्यों होते हैं?
- जालक ऊर्जा आयनिक आवेशों के गुणनफल के साथ बढ़ती है और आयनों के बीच की दूरी के साथ घटती है, इसलिए छोटे, अत्यधिक आवेशित आयन विशेष रूप से मजबूत स्थिरवैद्युत बंधन उत्पन्न करते हैं, जिसे ठोस को पिघलाने के लिए दूर करना पड़ता है, जिससे उच्च गलनांक प्राप्त होते हैं।
- बोर्न-हैबर चक्र आपको क्या गणना करने देता है?
- तत्वों, उनके गैसीय आयनों और ठोस यौगिक को जोड़ने वाले एन्थैल्पी चरणों के एक बंद लूप पर हेस के नियम को लागू करके, चक्र आपको जालक ऊर्जा के लिए हल करने देता है, जिसे सीधे मापा नहीं जा सकता है, उन मात्राओं से जिन्हें मापा जा सकता है।