İyonik Katılar ve Örgü Enerjisi
İyonik katılar, zıt yüklü iyonların elektrostatik çekimiyle bir arada tutulmaktadır ve elektrostatik modeller ile termodinamik döngülerle nicelendirilen örgü enerjileri, onların kararlılıklarını ve özelliklerini belirlemektedir.
Tanım
Örgü enerjisi, iyonik katıların enerjisinin nicel olarak incelenmesidir; yani, kristali gaz halindeki iyonlara ayırmak için gereken enerjinin, yapıyı kararlılıkla ilişkilendirmek amacıyla elektrostatik modeller ve termodinamik döngüler kullanılarak ele alınmasıdır.
Kapsam
Bu konu, iyonik modeli ve onun enerjilerini kapsamaktadır: elektrostatik Madelung toplamı, kısa menzilli itmeyi ekleyen Born–Landé ve Born–Mayer ifadeleri, Born–Haber döngüsü aracılığıyla örgü enerjisinin deneysel olarak belirlenmesi ve örgü enerjilerinin erime noktalarını, çözünürlükleri ve sıra dışı yükseltgenme durumlarının kararlılığını açıklamak için kullanılması. Konu, enerjileri özel olarak ele almakta, yapıların geometrik tanımını sıkı paketlenme konusuna bırakmaktadır.
Temel sorular
- Örgü enerjisi nedir ve nasıl tanımlanmaktadır?
- Born–Landé denklemi çekim ve itmeyi nasıl birleştirmektedir?
- Bir Born–Haber döngüsü örgü enerjisini deneysel olarak nasıl belirlemektedir?
- Örgü enerjileri çözünürlüğü ve yükseltgenme durumu kararlılığını nasıl açıklamaktadır?
Anahtar kavramlar
- İyonik model
- Madelung sabiti
- Born–Landé ve Born–Mayer denklemleri
- Born–Haber döngüsü
- Örgü entalpisi
- Yük ve boyut etkileri
Temel kuramlar
- Madelung elektrostatikleri ve Born–Landé denklemi
- Sonsuz bir iyonik örgü üzerindeki Coulomb etkileşimlerinin toplanması Madelung enerjisini vermekte ve bir Born itme teriminin eklenmesi, deneylerle iyi bir uyum içinde örgü enerjilerini tahmin eden Born–Landé denklemini ortaya çıkarmaktadır.
- Born–Haber döngüsü
- Atomizasyon, iyonlaşma, elektron kazanımı ve oluşum entalpilerini ilişkilendiren bir Hess yasası termodinamik döngüsü, iyonik modeli test ederek örgü enerjisinin ölçülebilir niceliklerden belirlenmesine olanak tanımaktadır.
- Örgü enerjisi ve kimyasal eğilimler
- Örgü enerjisi, iyonik yük ile artmakta ve iyonik boyut ile azalmakta, bu da erime noktası, sertlik ve çözünürlükteki eğilimleri ve katı haldeki yüksek veya düşük yüklü türlerin termodinamik olarak kararlı hale gelmesini açıklamaktadır.
Klinik önem
Örgü enerjisi, bazı tuzların neden çözünür, bazılarının ise çözünmez olduğunu açıklamakta, malzeme ve ilaç formülasyonlarına rehberlik etmekte ve pigmentlerin, seramiklerin ve batarya elektrot malzemelerinin termodinamik kararlılığının temelini oluşturmaktadır.
Tarihçe
İyonik kristallerin elektrostatik kuramı, 1910'larda Madelung, Born ve Landé tarafından geliştirilmiştir; bu bilim insanları örgü enerjilerini kristal geometrisinden hesaplamışlardır. Haber'in Born ile birlikte geliştirilen termodinamik döngüsü, aynı niceliğe deneysel bir yol sunarak örgü enerjisini inorganik katı hal termodinamiğinin bir köşe taşı olarak belirlemiştir.
Öne çıkan isimler
- Max Born
- Alfred Landé
- Fritz Haber
- Erwin Madelung
İlgili konular
Temel eserler
- born1918
- west2014
- weller2018
Sıkça sorulan sorular
- Küçük, yüksek yüklü iyonların tuzları neden bu kadar yüksek erime noktalarına sahiptir?
- Örgü enerjisi, iyonik yüklerin çarpımıyla artmakta ve iyonlar arasındaki mesafe ile azalmaktadır; bu nedenle, küçük, yüksek yüklü iyonlar özellikle güçlü elektrostatik bağlar oluşturmakta ve bu bağların katıyı eritmek için aşılması gerektiğinden yüksek erime noktaları ortaya çıkmaktadır.
- Born–Haber döngüsü neyi hesaplamanıza olanak tanır?
- Hess yasasını, elementleri, onların gaz halindeki iyonlarını ve katı bileşiği birbirine bağlayan kapalı bir entalpi adımları döngüsüne uygulayarak, döngü doğrudan ölçülemeyen örgü enerjisini, ölçülebilen niceliklerden çözmenize olanak tanımaktadır.