Born–Haber-sykli

Born–Haber-sykli on kokeelliseen dataan perustuva menetelmä yhdisteen hilaenergian määrittämiseen. Menetelmä on nimetty kahden saksalaisen tieteilijän Max Bornin ja Fritz Haberin mukaan. Born–Haber-sykli soveltuu parhaiten täysin ionisidoksellisten yhdisteiden kuten alkalimetallien halogenidien hilaenergian määrittämiseen.

Born–Haber-syklin periaate

Hessin lain mukaan kemiallisessa reaktiossa tapahtuva entalpian muutos ei riipu reaktion välivaiheista, vaan ainoastaan sen lopputilasta. Born–Haber-syklissä esitetään yhdisteen muodostumiseen liittyvät entalpianmuutokset kuvaajana, jossa energiaa sitovat endotermiset prosessit esitetään ylöspäinsuuntautuvana nuolena ja energiaa vapauttavat eksotermiset prosessit esitetään alaspäinsuuntautuvana nuolena. Kiinteän ionisidoksellisen yhdisteen voidaan katsoa muodostuvan alkuaineistaan viiden askeleen seurauksena. Nämä vaiheet ovat esimerkiksi alkalimetallihalogenidille, joka muodostuu reaktion M(s) + ½ X2(g) → MX(s) mukaisesti, seuraavat:

kiinteä metalli sublimoituu M(s) → M(g) ja tähän vaadittava energia on sublimoitumisentalpia (ΔHvap)
halogeenimolekyyli dissosioituu atomeiksi ½ X2(g) → X(g) ja tähän vaadittava energia on halogeenimolekyylin dissosioitumisentalpia (ΔHD)
kaasumainen metalliatomi ionisoituu M(g) → M+(g) + e-. Tähän vaadittava energia on ionisoitumisenergia (IE)
kaasumainen halogeeniatomi vastaanottaa elektronin X(g) + e- → X-(g) ja tässä vapautuva energia on halogeenin elektroniaffiniteetin (EA)suuruinen
kiinteä ionisidoksellinen yhdiste muodostuu kaasumaisesta metallikationista ja kaasumaisesta halogenidi-ionista M+(g) + X-(g) → MX(s) . Tämä on yhdisteen hilaenergia (ΔHL).

Näiden viiden askeleen entalpiamuutosten summa on yhtä suuri kuin ioniyhdisteen muodostumisentalpia. Näin ollen muodostumisentalpia voidaan lausua muodossa
ΔHf = ΔHvap + ½ΔHD + IE + EA + ΔHL

Koska yhdisteen muodostumisentalpia, metallin sublimoitumisentalpia, halogeenin dissoisioituisentalpia, metallin ionisoitumisenergia ja halogeenin elektroniaffiniteetti voidaan määrittää kokeellisesti, jää ainoaksi tuntemattomaksi suureeksi yhdisteen hilaenergia ja hilaenergia voidaan laskea yllä olevan yhtälön mukaisesti kokeellisesti määritettyjen arvojen avulla.

Lähteet

Aiheesta muualla 

Kemia