El ciclo de Born-Haber es un enfoque para analizar las energías de reacción . Fue nombrado en honor a los dos científicos alemanes Max Born y Fritz Haber , quienes lo desarrollaron en 1919. [1] [2] [3] También fue formulado independientemente por Kasimir Fajans [4] y publicado simultáneamente en el mismo número de la misma. diario. [1] El ciclo se ocupa de la formación de un compuesto iónico a partir de la reacción de un metal (a menudo un elemento del Grupo I o del Grupo II ) con un halógeno.u otro elemento no metálico como el oxígeno .
Los ciclos de Born-Haber se utilizan principalmente como un medio para calcular la energía de la red (o más precisamente la entalpía [nota 1] ), que de otro modo no se puede medir directamente. La entalpía reticular es el cambio de entalpía involucrado en la formación de un compuesto iónico a partir de iones gaseosos (un proceso exotérmico ), o algunas veces se define como la energía para romper el compuesto iónico en iones gaseosos (un proceso endotérmico ). Un ciclo de Born-Haber aplica la ley de Hess para calcular la entalpía de la red comparando el cambio de entalpía estándar de formación del compuesto iónico (de los elementos) con la entalpía requerida para producir iones gaseosos a partir de los elementos .
Este último cálculo es complejo. Para hacer iones gaseosos a partir de elementos es necesario atomizar los elementos (convertir cada uno en átomos gaseosos) y luego ionizar los átomos. Si el elemento es normalmente una molécula, primero debemos considerar su entalpía de disociación de enlace (ver también energía de enlace ). La energía requerida para eliminar uno o más electrones para producir un catión es una suma de energías de ionización sucesivas ; por ejemplo, la energía necesaria para formar Mg 2+ es la energía de ionización necesaria para eliminar el primer electrón del Mg, más la energía de ionización necesaria para eliminar el segundo electrón del Mg + . La afinidad electrónica se define como la cantidad de energía liberada cuando se agrega un electrón a un átomo neutro o molécula en estado gaseoso para formar un ion negativo.
El ciclo de Born-Haber se aplica solo a sólidos completamente iónicos, como ciertos haluros alcalinos . La mayoría de los compuestos incluyen contribuciones covalentes e iónicas a los enlaces químicos ya la energía de la red, que está representada por un ciclo termodinámico de Born-Haber extendido. [5] El ciclo extendido de Born-Haber se puede utilizar para estimar la polaridad y las cargas atómicas de compuestos polares.
Ejemplos de
Formación de LiF
La entalpía de formación de fluoruro de litio (LiF) a partir de sus elementos litio y flúor en sus formas estables se modela en cinco pasos en el diagrama:
- Cambio de entalpía de la entalpía de atomización del litio
- Entalpía de ionización del litio
- Entalpía de atomización del flúor
- Afinidad electrónica del flúor
- Entalpía de celosía
El mismo cálculo se aplica a cualquier metal que no sea litio o cualquier otro no metal que no sea flúor.
La suma de las energías para cada paso del proceso debe ser igual a la entalpía de formación del metal y no metal, .
- V es la entalpía de sublimación para átomos de metal (litio)
- B es la energía de enlace (de F 2 ). El coeficiente 1/2 se usa porque la reacción de formación es Li + 1/2 F 2 → LiF.
- es la energía de ionización del átomo de metal:
- es la afinidad electrónica del átomo no metálico X (flúor)
- es la energía de la red (definida aquí como exotérmica)
La entalpía neta de formación y las primeras cuatro de las cinco energías se pueden determinar experimentalmente, pero la energía de la red no se puede medir directamente. En cambio, la energía de la red se calcula restando las otras cuatro energías en el ciclo de Born-Haber de la entalpía neta de formación. [6]
La palabra ciclo se refiere al hecho de que también se puede igualar a cero el cambio de entalpía total para un proceso cíclico, comenzando y terminando con LiF (s) en el ejemplo. Esto lleva a
que es equivalente a la ecuación anterior.
Formación de NaBr
A temperaturas ordinarias, el Na es sólido y el Br 2 es líquido, el calor de vaporización se agrega a la ecuación:
- es la entalpía de vaporización de Br 2 en kJ / mol.
Ver también
Notas
- ^ La diferencia entre energía y entalpía es muy pequeña y los dos términos se intercambian libremente en este artículo.
Referencias
- ^ a b Morris, DFC; Short, EL (6 de diciembre de 1969). "La correlación Born-Fajans-Haber". 224 : 950–952. doi : 10.1038 / 224950a0 .
Un nombre más correcto sería la correlación termoquímica de Born-Fajans-Haber.
Cite journal requiere|journal=
( ayuda ) - ^ M. Nacido Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1919, 21 , 679-685.
- ↑ F. Haber Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1919, 21 , 750-768.
- ↑ K. Fajans Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1919, 21 , 714-722.
- ^ H. Heinz y UW Suter Journal of Physical Chemistry B 2004, 108 , 18341-18352.
- ^ Moore, Stanitski y Jurs. Química: la ciencia molecular. 3ª edición. 2008. ISBN 0-495-10521-X . páginas 320–321.
enlaces externos
- ChemGuy en el ciclo de Born-Haber