格子エネルギー
イオン結晶の格子エネルギーは、イオン化エネルギー、電子親和力、成分元素の原子化熱、および生成熱からボルン・ハーバーサイクルを用いて求めることができる。塩化カリウムを例に取ると以下のようになる。
ボルン・ハーバーサイクルに基づくハロゲン化アルカリの格子エネルギーは以下のようになる。格子エネルギーはイオン半径が小さいほど大きく、また電荷が大きいほど大きくなる。格子エネルギーは0 Kにおける値であるが*印のものは298.15 Kにおける値である。しかし温度が異なっても1〜2 kJ mol程度の差でしかない。
ハロゲン化銀の298.15 Kにおける格子エネルギーは以下の通りである。これらについては単純なイオン結合ではなく共有結合の寄与が大きい。
2価陽イオンであるアルカリ土類金属化合物では格子エネルギーは大きくなる。*印のものは298.15 Kにおける値である。
格子エネルギーは結晶格子の静電エネルギーにより理論的に推定することができる。この式は1918年にマックス・ボルン(Max Born)とAlfred Landéにより導出されたものである。 まず、 r 0 {\displaystyle r_{0}} の距離で結合している電荷 z + {\displaystyle z^{+}} の陽イオンと電荷 z − {\displaystyle z^{-}} の陰イオンを無限遠に引き離すために必要な静電エネルギーは以下のようになる。ここで ε 0 {\displaystyle \varepsilon _{0}} は真空の誘電率、 e {\displaystyle e} は電気素量である。
E = − z + z − e 2 4 π ε 0 r 0 {\displaystyle E=-{\frac {z^{+}z^{-}e^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}r_{0}}}}
1モルの陽イオンと陰イオンからなる結晶を気化させて、互いに無限遠に引き離すときに必要なエネルギーは以下の式で表される。ここで N A {\displaystyle N_{A}} はアボガドロ定数、 M {\displaystyle M} は結晶格子中のあるイオンに対する周囲のイオンとの静電気力の総和を表した係数でマーデルング定数と呼ばれる。