离子固体和晶格能量学
离子固体通过带相反电荷离子的静电吸引力结合在一起，其晶格能（通过静电模型和热力学循环量化）决定了它们的稳定性和性质。
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Definition
晶格能量学是利用静电模型和热力学循环，定量处理离子固体能量（将晶体分离成气态离子所需的能量），以将结构与稳定性联系起来。
Scope
本主题涵盖离子模型及其能量学：静电马德隆求和、添加短程排斥力的玻恩-朗德和玻恩-迈耶表达式、通过玻恩-哈伯循环实验测定晶格能，以及利用晶格能解释熔点、溶解度和异常氧化态的稳定性。它专门处理能量学，将结构的几何描述留给密堆积主题。
Core questions
- 什么是晶格能，它如何定义？
- 玻恩-朗德方程如何结合吸引力和排斥力？
- 玻恩-哈伯循环如何通过实验确定晶格能？
- 晶格能如何解释溶解度和氧化态稳定性？
Key concepts
- 离子模型
- 马德隆常数
- 玻恩-朗德和玻恩-迈耶方程
- 玻恩-哈伯循环
- 晶格焓
- 电荷和尺寸效应
Key theories
- 马德隆静电学和玻恩-朗德方程
- 对无限离子晶格中的库仑相互作用求和得到马德隆能量，加上玻恩排斥项则得到玻恩-朗德方程，该方程预测的晶格能与实验结果吻合良好。
- 玻恩-哈伯循环
- 一个赫斯定律热力学循环，将原子化、电离、电子增益和生成焓联系起来，使得晶格能可以通过可测量量确定，从而检验离子模型。
- 晶格能与化学趋势
- 晶格能随离子电荷的增加而升高，随离子尺寸的增加而降低，这解释了熔点、硬度和溶解度的趋势，以及固态中高电荷或低电荷物种的热力学稳定化。
Clinical relevance
晶格能量学解释了为什么有些盐可溶而另一些不可溶，指导材料和药物的配方，并支撑颜料、陶瓷和电池电极材料的热力学稳定性。
History
离子晶体的静电理论由马德隆、玻恩和朗德在20世纪10年代提出，他们根据晶体几何结构计算了晶格能。哈伯的热力学循环，经玻恩完善，为同一量提供了实验途径，确立了晶格能作为无机固态热力学基石的地位。
Key figures
- Max Born
- Alfred Landé
- Fritz Haber
- Erwin Madelung
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Frequently asked questions
- 为什么小而高电荷离子的盐具有如此高的熔点？
- 晶格能随离子电荷乘积的增加而增加，随离子间距离的增加而减小，因此小而高电荷的离子会产生特别强的静电结合力，必须克服这种结合力才能使固体熔化，从而导致高熔点。
- 玻恩-哈伯循环能让你计算什么？
- 通过将赫斯定律应用于连接元素、其气态离子和固体化合物的焓变闭合循环，该循环允许你从可测量量中求解晶格能，而晶格能是无法直接测量的。