Lattice Energy Calculator

Introduction

Lattice energia kalkulaator on oluline tööriist füüsikalises keemias ja materjaliteaduses, et määrata ioonsete sidemete tugevust kristallstruktuurides. Lattice energia tähistab energiat, mis vabastatakse, kui gaasilised ioonid ühinevad, et moodustada tahke ioonne ühend, andes olulisi teadmisi ühendite stabiilsuse, lahustuvuse ja reaktsioonivõime kohta. See kalkulaator rakendab Born-Landé võrrandit, et täpselt arvutada lattice energiat, tuginedes ioonide laadidele, ioonide raadiustele ja Born'i eksponendile, muutes keerulised kristallograafilised arvutused kergesti ligipääsetavaks üliõpilastele, teadlastele ja tööstuse spetsialistidele.

Lattice energia mõistmine on põhiline, et ennustada ja selgitada erinevaid keemilisi ja füüsikalisi omadusi ioonsetes ühendites. Kõrgemad lattice energia väärtused (rohkem negatiivsed) viitavad tugevamatele ioonsetele sidemetele, mis tavaliselt toovad kaasa kõrgema sulamistemperatuuri, madalama lahustuvuse ja suurema kõvaduse. Pakume lihtsat viisi nende väärtuste arvutamiseks, meie tööriist aitab ületada teoreetilise kristallograafia ja praktiliste rakenduste vahelise lõhe materjalide kujundamises, farmaatsia arenduses ja keemilises inseneritehnikas.

Mis on Lattice Energia?

Lattice energia on määratletud kui energia, mis vabastatakse, kui eraldatud gaasilised ioonid tulevad kokku, et moodustada tahke ioonne ühend. Matemaatiliselt esindab see energia muutust järgmise protsessi käigus:

$M^{n+}(g) + X^{n-}(g) \rightarrow MX(s)$

Kus:

• $M^{n+}$ esindab metallkatiooni, mille laeng on n+
• $X^{n-}$ esindab mitte-metallanionit, mille laeng on n-
• $MX$ esindab saadud ioonset ühendit

Lattice energia on alati negatiivne (eksootermiline), mis näitab, et energia vabastatakse ioonse kristalli moodustumise ajal. Lattice energia suurus sõltub mitmest tegurist:

1. Ioonide laadid: Kõrgemad laadid viivad tugevamate elektrostaatiliste tõmmete ja kõrgemate lattice energia väärtusteni
2. Ioonide suurused: Väiksemad ioonid loovad tugevamaid tõmbeid lühemate ioonidevaheliste kauguste tõttu
3. Kristallstruktuur: Erinevad ioonide paigutused mõjutavad Madelungi konstant ja kogu lattice energiat

Born-Landé võrrand, mida meie kalkulaator kasutab, arvestab neid tegureid, et anda täpsed lattice energia väärtused.

Born-Landé Võrrand

Born-Landé võrrand on peamine valem, mida kasutatakse lattice energia arvutamiseks:

$U = -\frac{N_0 A |z_1 z_2| e^2}{4\pi\varepsilon_0 r_0} \left(1-\frac{1}{n}\right)$

Kus:

• $U$ = Lattice energia (kJ/mol)
• $N_0$ = Avogadro number (6.022 × 10²³ mol⁻¹)
• $A$ = Madelungi konstant (sõltub kristallstruktuurist, 1.7476 NaCl struktuuri jaoks)
• $z_1$ = Katiooni laeng
• $z_2$ = Aniooni laeng
• $e$ = Elementaarlaeng (1.602 × 10⁻¹⁹ C)
• $\varepsilon_0$ = Tühja ruumi permittiivsus (8.854 × 10⁻¹² F/m)
• $r_0$ = Ioonidevaheline kaugus (ioonide raadiuste summa meetrites)
• $n$ = Born'i eksponent (tavaliselt vahemikus 5-12, seotud tahke kokkusurutavusega)

Võrrand arvestab nii vastandlaenguga ioonide vaheliste tõmbe jõudude kui ka tõukere jõududega, mis tekivad, kui elektronide pilved hakkavad kattuma.

Ioonidevahelise Kauguse Arvutamine

Ioonidevaheline kaugus ($r_0$) arvutatakse katiooni ja aniooni raadiuste summana:

$r_0 = r_{cation} + r_{anion}$

Kus:

• $r_{cation}$ = Katiooni raadius pikomeetrites (pm)
• $r_{anion}$ = Aniooni raadius pikomeetrites (pm)

See kaugus on oluline täpsete lattice energia arvutuste jaoks, kuna elektrostaatiline tõmme ioonide vahel on pöördvõrdeline selle kaugusega.

Kuidas Kasutada Lattice Energia Kalkulaatorit

Meie lattice energia kalkulaator pakub lihtsat liidest keeruliste arvutuste teostamiseks. Järgige neid samme, et arvutada ioonse ühendi lattice energiat:

1. Sisestage katiooni laeng (positiivne täisarv, nt 1 Na⁺ jaoks, 2 Mg²⁺ jaoks)
2. Sisestage aniooni laeng (negatiivne täisarv, nt -1 Cl⁻ jaoks, -2 O²⁻ jaoks)
3. Sisestage katiooni raadius pikomeetrites (pm)
4. Sisestage aniooni raadius pikomeetrites (pm)
5. Määrake Born'i eksponent (tavaliselt vahemikus 5-12, 9 on paljude ühendite puhul tavaline)
6. Vaadake tulemusi, mis näitavad nii ioonidevahelist kaugust kui ka arvutatud lattice energiat

Kalkulaator valideerib automaatselt teie sisendid, et tagada nende füüsiliselt mõistlikud vahemikud:

• Katiooni laeng peab olema positiivne täisarv
• Aniooni laeng peab olema negatiivne täisarv
• Mõlemad ioonide raadiused peavad olema positiivsed väärtused
• Born'i eksponent peab olema positiivne

Samm-sammult Näide

Arvutame naatriumkloriidi (NaCl) lattice energia:

1. Sisestage katiooni laeng: 1 (Na⁺ jaoks)
2. Sisestage aniooni laeng: -1 (Cl⁻ jaoks)
3. Sisestage katiooni raadius: 102 pm (Na⁺ jaoks)
4. Sisestage aniooni raadius: 181 pm (Cl⁻ jaoks)
5. Määrake Born'i eksponent: 9 (NaCl jaoks tavaline väärtus)

Kalkulaator määrab:

• Ioonidevaheline kaugus: 102 pm + 181 pm = 283 pm
• Lattice energia: umbes -787 kJ/mol

See negatiivne väärtus näitab, et energia vabastatakse, kui naatrium- ja klooriioonid ühinevad, et moodustada tahke NaCl, kinnitades ühendite stabiilsust.

Tavalised Ioonide Raadiused ja Born'i Eksponendid

Kuna soovite kalkulaatorit tõhusalt kasutada, on siin tavalised ioonide raadiused ja Born'i eksponendid sageli esinevate ioonide jaoks:

Katioonide Raadiused (pikomeetrites)

Anioonide Raadiused (pikomeetrites)

Tüüpilised Born'i Eksponendid

Neid väärtusi saab kasutada arvutuste alustamiseks, kuigi need võivad veidi varieeruda sõltuvalt konkreetsest allikast.

Lattice Energia Arvutuste Kasutusalad

Lattice energia arvutustel on mitmeid rakendusi keemias, materjaliteaduses ja seotud valdkondades:

1. Füüsikaliste Omaduste Ennustamine

Lattice energia on otseselt seotud mitmete füüsikaliste omadustega:

• Sulamistemperatuur ja Keemistemperatuur: Ühenditel, millel on kõrgem lattice energia, on tavaliselt kõrgem sulamistemperatuur ja keemistemperatuur tugevamate ioonsete sidemete tõttu.
• Kõvadus: Kõrgemad lattice energiad toovad tavaliselt kaasa kõvemaid kristalle, mis on deformatsioonile vastupidavamad.
• Lahustuvus: Ühenditel, millel on kõrgem lattice energia, on tendents olla vähem lahustuvad vees, kuna energia, mis on vajalik ioonide eraldamiseks, ületab hüdraatimisenergia.

Näiteks, võrreldes MgO (lattice energia ≈ -3795 kJ/mol) ja NaCl (lattice energia ≈ -787 kJ/mol), selgitab, miks MgO-l on palju kõrgem sulamistemperatuur (2852°C vs. 801°C NaCl jaoks).

2. Keemilise Reaktsioonivõime Mõistmine

Lattice energia aitab seletada:

• Happe-Aluse Käitumine: Oksüüdide tugevus alusena või hapetena võib olla seotud nende lattice energiate väärtustega.
• Termiline Stabiilsus: Ühenditel, millel on kõrgem lattice energia, on tavaliselt suurem termiline stabiilsus.
• Reaktsioonide Energeetika: Lattice energia on peamine komponent Born-Haber tsüklites, mida kasutatakse ioonsete ühendite moodustumise energetika analüüsimiseks.

3. Materjalide Kujundamine ja Inseneritehnika

Teadlased kasutavad lattice energia arvutusi:

• Uute materjalide kavandamiseks, millel on spetsiifilised omadused
• Kristallstruktuuride optimeerimiseks konkreetseteks rakendusteks
• Uute ühendite stabiilsuse ennustamiseks enne sünteesi
• Tõhusamate katalüsaatorite ja energia salvestamise materjalide arendamiseks

4. Farmaatsia Rakendused

Farmaatsiateaduses aitavad lattice energia arvutused:

• Ennustada ravimi lahustuvust ja biosaadavust
• Mõista ravimite kristallide polümorfismi
• Kavandada aktiivsete farmaatsiate koostisosade soolavorme, millel on optimaalsed omadused
• Arendada stabiilsemaid ravimiformuleid

5. Haridusalased Rakendused

Lattice energia kalkulaator on suurepärane hariduslik tööriist:

• Keemiliste sidemete mõistmise õpetamiseks
• Struktuuri ja omaduste vaheliste seoste demonstreerimiseks
• Keemias elektrostatika põhimõtete illustreerimiseks
• Praktilise kogemuse andmiseks termodünaamilistes arvutustes

Alternatiivid Born-Landé Võrrandile

Kuigi Born-Landé võrrand on laialdaselt kasutatav, on olemas alternatiivsed lähenemisviisid lattice energia arvutamiseks:

1. Kapustinskii Võrrand: Lihtsustatud lähenemine, mis ei nõua kristallstruktuuri tundmist: $U = -\frac{1.07 \times 10^5 \times |z_1 z_2| \times \nu}{r_0} \left(1-\frac{0.345}{r_0}\right)$ Kus ν on ioonide arv valemühikus.

2. Born-Mayer Võrrand: Born-Landé võrrandi modifikatsioon, mis sisaldab täiendavat parameetrit, et arvestada elektronide pilvede tõukere jõude.

3. Eksperimentaalne Määramine: Kasutades Born-Haber tsükleid, et arvutada lattice energia eksperimenteerimise kaudu.

4. Arvutusmeetodid: Kaasaegsed kvantmehaanilised arvutused võivad anda väga täpsed lattice energia väärtused keeruliste struktuuride jaoks.

Iga meetodil on oma eelised ja piirangud, Born-Landé võrrand pakub enamikus tavalistes ioonsetes ühendites head tasakaalu täpsuse ja arvutuslikku lihtsust.

Lattice Energia Kontseptsiooni Ajalugu

Lattice energia kontseptsioon on viimase sajandi jooksul oluliselt arenenud:

• 1916-1918: Max Born ja Alfred Landé töötasid välja esimese teoreetilise raamistiku lattice energia arvutamiseks, tutvustades seda, mis sai tuntuks kui Born-Landé võrrand.

• 1920ndad: Born-Haber tsükkel töötati välja, pakkudes eksperimentaalset lähenemist lattice energiate määramiseks termokeemiliste mõõtmiste kaudu.

• 1933: Fritz London ja Walter Heitleri töö kvantmehaanikas andis sügavamad teadmised ioonsete sidemete olemusest ja parandas lattice energia teoreetilist mõistmist.

• 1950ndad-1960ndad: X-ray kristallograafia paranemine võimaldas täpsemaid määramisi kristallstruktuuride ja ioonidevaheliste kauguste osas, suurendades lattice energia arvutuste täpsust.

• 1970ndad-1980ndad: Arvutusmeetodid hakkasid ilmuma, võimaldades lattice energia arvutusi üha keerukamate struktuuride jaoks.

• Tänapäev: Täiustatud kvantmehaanilised meetodid ja molekulaarse dünaamika simulatsioonid pakuvad väga täpseid lattice energia väärtusi, samas kui lihtsad kalkulaatorid nagu meie teevad need arvutused laiemale publikule kergesti kättesaadavaks.

Lattice energia kontseptsioonide arendamine on olnud kriitilise tähtsusega edusammude tegemisel materjaliteaduses, tahke aine keemias ja kristallide inseneritehnikas.

Koodi Näited Lattice Energia Arvutamiseks

Siin on Born-Landé võrrandi rakendused erinevates programmeerimiskeeltes:

1import math
2
3def calculate_lattice_energy(cation_charge, anion_charge, cation_radius, anion_radius, born_exponent):
4    # Konstantid
5    AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23  # mol^-1
6    MADELUNG_CONSTANT = 1.7476  # NaCl struktuuri jaoks
7    ELECTRON_CHARGE = 1.602e-19  # C
8    VACUUM_PERMITTIVITY = 8.854e-12  # F/m
9    
10    # Muutke raadiused pikomeetritest meetriteks
11    cation_radius_m = cation_radius * 1e-12
12    anion_radius_m = anion_radius * 1e-12
13    
14    # Arvutage ioonidevaheline kaugus
15    interionic_distance = cation_radius_m + anion_radius_m
16    
17    # Arvutage lattice energia J/mol-des
18    lattice_energy = -(AVOGADRO_NUMBER * MADELUNG_CONSTANT * 
19                      abs(cation_charge * anion_charge) * ELECTRON_CHARGE**2 / 
20                      (4 * math.pi * VACUUM_PERMITTIVITY * interionic_distance) * 
21                      (1 - 1/born_exponent))
22    
23    # Muutke kJ/mol-iks
24    return lattice_energy / 1000
25
26# Näide: Arvutage naatriumkloriidi lattice energia
27energy = calculate_lattice_energy(1, -1, 102, 181, 9)
28print(f"NaCl lattice energia: {energy:.2f} kJ/mol")
29

1function calculateLatticeEnergy(cationCharge, anionCharge, cationRadius, anionRadius, bornExponent) {
2  // Konstantid
3  const AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23; // mol^-1
4  const MADELUNG_CONSTANT = 1.7476; // NaCl struktuuri jaoks
5  const ELECTRON_CHARGE = 1.602e-19; // C
6  const VACUUM_PERMITTIVITY = 8.854e-12; // F/m
7  
8  // Muutke raadiused pikomeetritest meetriteks
9  const cationRadiusM = cationRadius * 1e-12;
10  const anionRadiusM = anionRadius * 1e-12;
11  
12  // Arvutage ioonidevaheline kaugus
13  const interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM;
14  
15  // Arvutage lattice energia J/mol-des
16  const latticeEnergy = -(AVOGADRO_NUMBER * MADELUNG_CONSTANT * 
17                        Math.abs(cationCharge * anionCharge) * Math.pow(ELECTRON_CHARGE, 2) / 
18                        (4 * Math.PI * VACUUM_PERMITTIVITY * interionicDistance) * 
19                        (1 - 1/bornExponent));
20  
21  // Muutke kJ/mol-iks
22  return latticeEnergy / 1000;
23}
24
25// Näide: Arvutage magneesiumoksiidi lattice energia
26const energy = calculateLatticeEnergy(2, -2, 72, 140, 9);
27console.log(`MgO lattice energia: ${energy.toFixed(2)} kJ/mol`);
28

1public class LatticeEnergyCalculator {
2    // Konstantid
3    private static final double AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23; // mol^-1
4    private static final double MADELUNG_CONSTANT = 1.7476; // NaCl struktuuri jaoks
5    private static final double ELECTRON_CHARGE = 1.602e-19; // C
6    private static final double VACUUM_PERMITTIVITY = 8.854e-12; // F/m
7    
8    public static double calculateLatticeEnergy(int cationCharge, int anionCharge, 
9                                               double cationRadius, double anionRadius, 
10                                               double bornExponent) {
11        // Muutke raadiused pikomeetritest meetriteks
12        double cationRadiusM = cationRadius * 1e-12;
13        double anionRadiusM = anionRadius * 1e-12;
14        
15        // Arvutage ioonidevaheline kaugus
16        double interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM;
17        
18        // Arvutage lattice energia J/mol-des
19        double latticeEnergy = -(AVOGADRO_NUMBER * MADELUNG_CONSTANT * 
20                              Math.abs(cationCharge * anionCharge) * Math.pow(ELECTRON_CHARGE, 2) / 
21                              (4 * Math.PI * VACUUM_PERMITTIVITY * interionicDistance) * 
22                              (1 - 1/bornExponent));
23        
24        // Muutke kJ/mol-iks
25        return latticeEnergy / 1000;
26    }
27    
28    public static void main(String[] args) {
29        // Näide: Arvutage kaltsiumoksiidi lattice energia
30        double energy = calculateLatticeEnergy(2, -2, 100, 140, 9);
31        System.out.printf("CaO lattice energia: %.2f kJ/mol%n", energy);
32    }
33}
34

1' Excel VBA funktsioon lattice energia arvutamiseks
2Function LatticeEnergy(cationCharge As Double, anionCharge As Double, _
3                      cationRadius As Double, anionRadius As Double, _
4                      bornExponent As Double) As Double
5    ' Konstantid
6    Const AVOGADRO_NUMBER As Double = 6.022E+23 ' mol^-1
7    Const MADELUNG_CONSTANT As Double = 1.7476 ' NaCl struktuuri jaoks
8    Const ELECTRON_CHARGE As Double = 1.602E-19 ' C
9    Const VACUUM_PERMITTIVITY As Double = 8.854E-12 ' F/m
10    
11    ' Muutke raadiused pikomeetritest meetriteks
12    Dim cationRadiusM As Double: cationRadiusM = cationRadius * 1E-12
13    Dim anionRadiusM As Double: anionRadiusM = anionRadius * 1E-12
14    
15    ' Arvutage ioonidevaheline kaugus
16    Dim interionicDistance As Double: interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM
17    
18    ' Arvutage lattice energia J/mol-des
19    Dim energyInJ As Double
20    energyInJ = -(AVOGADRO_NUMBER * MADELUNG_CONSTANT * _
21                Abs(cationCharge * anionCharge) * ELECTRON_CHARGE ^ 2 / _
22                (4 * Application.WorksheetFunction.Pi() * VACUUM_PERMITTIVITY * interionicDistance) * _
23                (1 - 1 / bornExponent))
24    
25    ' Muutke kJ/mol-iks
26    LatticeEnergy = energyInJ / 1000
27End Function
28' Kasutamine:
29' =LatticeEnergy(1, -1, 102, 181, 9)
30

1#include <iostream>
2#include <cmath>
3
4// Arvutage lattice energia Born-Landé võrrandi abil
5double calculateLatticeEnergy(int cationCharge, int anionCharge, 
6                             double cationRadius, double anionRadius, 
7                             double bornExponent) {
8    // Konstantid
9    const double AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23; // mol^-1
10    const double MADELUNG_CONSTANT = 1.7476; // NaCl struktuuri jaoks
11    const double ELECTRON_CHARGE = 1.602e-19; // C
12    const double VACUUM_PERMITTIVITY = 8.854e-12; // F/m
13    const double PI = 3.14159265358979323846;
14    
15    // Muutke raadiused pikomeetritest meetriteks
16    double cationRadiusM = cationRadius * 1e-12;
17    double anionRadiusM = anionRadius * 1e-12;
18    
19    // Arvutage ioonidevaheline kaugus
20    double interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM;
21    
22    // Arvutage lattice energia J/mol-des
23    double latticeEnergy = -(AVOGADRO_NUMBER * MADELUNG_CONSTANT * 
24                          std::abs(cationCharge * anionCharge) * std::pow(ELECTRON_CHARGE, 2) / 
25                          (4 * PI * VACUUM_PERMITTIVITY * interionicDistance) * 
26                          (1 - 1/bornExponent));
27    
28    // Muutke kJ/mol-iks
29    return latticeEnergy / 1000;
30}
31
32int main() {
33    // Näide: Arvutage LiF lattice energia
34    double energy = calculateLatticeEnergy(1, -1, 76, 133, 7);
35    std::cout << "LiF lattice energia: " << std::fixed << std::setprecision(2) 
36              << energy << " kJ/mol" << std::endl;
37    
38    return 0;
39}
40

Korduma Kippuvad Küsimused

Mis on lattice energia ja miks see on oluline?

Lattice energia on energia, mis vabastatakse, kui gaasilised ioonid ühinevad, et moodustada tahke ioonne ühend. See on oluline, kuna see annab teadmisi ühendite stabiilsusest, sulamistemperatuurist, lahustuvusest ja reaktsioonivõimest. Kõrgem lattice energia (rohkem negatiivne väärtus) viitab tugevamatele ioonsetele sidemetele ja toob tavaliselt kaasa ühendite kõrgema sulamistemperatuuri, madalama lahustuvuse ja suurema kõvaduse.

Kas lattice energia on alati negatiivne?

Jah, lattice energia on alati negatiivne (eksootermiline), kui seda määratletakse kui energia, mis vabastatakse ioonse tahke aine moodustumise ajal gaasilistest ioonidest. Mõned õpikute autorid määratlevad selle kui energia, mis on vajalik ioonse tahke aine eraldamiseks gaasilisteks ioonideks, mille puhul see oleks positiivne (endotermiline). Meie kalkulaator kasutab tavalist määratlust, kus lattice energia on negatiivne.

Kuidas mõjutab iooni suurus lattice energiat?

Iooni suurusel on oluline pöördvõrdeline suhe lattice energiasse. Väiksemad ioonid loovad tugevamaid elektrostaatilisi tõmbeid, kuna nad saavad lähemale tulla, mis toob kaasa lühemad ioonidevahelised kaugused. Kuna lattice energia on pöördvõrdeline ioonidevahelise kaugusega, on väiksemate ioonidega ühenditel tavaliselt kõrgem lattice energia (rohkem negatiivne väärtus).

Miks on MgO-l ja NaF-il erinevad lattice energiad, kuigi neil on sama arvu elektrone?

Kuigi nii MgO-l kui ka NaF-il on mõlemal 10 elektroni igas ioonis, on nende lattice energiate erinevuse peamine põhjus erinevates ioonide laadides. MgO-s osalevad Mg²⁺ ja O²⁻ ioonid (laengud +2 ja -2), samas kui NaF-is osalevad Na⁺ ja F⁻ ioonid (laengud +1 ja -1). Kuna lattice energia on proportsionaalne ioonide laadide korrutisega, on MgO lattice energia umbes neli korda suurem kui NaF-i oma. Lisaks on MgO ioonid väiksemad kui NaF-i omad, mis suurendab veelgi MgO lattice energiat.

Mis on Born'i eksponent ja kuidas valida õige väärtus?

Born'i eksponent (n) on Born-Landé võrrandi parameeter, mis arvestab ioonide vaheliste tõukere jõududega, kui nende elektronide pilved hakkavad kattuma. See ulatub tavaliselt vahemikku 5 kuni 12 ja on seotud tahke aine kokkusurutavusega. Paljude tavaliste ioonsete ühendite puhul kasutatakse mõistlikuks lähtepunktiks väärtust 9. Täpsemate arvutuste jaoks leiate konkreetsed Born'i eksponentide väärtused kristallograafilistest andmebaasidest või teaduslikest väljaannetest, mis käsitlevad teie huvipakkuvat ühendit.

Kui täpne on Born-Landé võrrand lattice energia arvutamiseks?

Born-Landé võrrand annab mõistlikult täpsed hinnangud lattice energiale lihtsate ioonsete ühendite puhul, millel on teadaolevad kristallstruktuurid. Enamikus hariduslikest ja üldkeemilistest eesmärkidest on see piisavalt täpne. Siiski on sellel piirangud ühendite puhul, millel on märkimisväärne kovalentne iseloom, keerulised kristallistruktuurid või kui ioonid on väga polariseeritavad. Teadusuuringute tasemel täpsuse saavutamiseks eelistatakse kvantmehaanilisi arvutusi või eksperimentaalseid määramisi Born-Haber tsüklite kaudu.

Kas lattice energiat saab mõõta eksperimentaalselt?

Lattice energiat ei saa otseselt mõõta, kuid seda saab määrata eksperimentaalselt, kasutades Born-Haber tsüklit. See termodünaamiline tsükkel ühendab mitmeid mõõdetavaid energia muutusi (nt ionisatsiooni energia, elektronide afiinne ja moodustumise entalpia), et kaudselt arvutada lattice energia. Need eksperimentaalsed väärtused teenivad sageli teoreetiliste arvutuste võrdluspunktidena.

Kuidas on lattice energia seotud lahustuvusega?

Lattice energia ja lahustuvus on pöördvõrdeliselt seotud. Ühenditel, millel on kõrgem lattice energia (rohkem negatiivne väärtus), on vaja rohkem energiat oma ioonide eraldamiseks, muutes need vähem lahustuvaks vees, välja arvatud juhul, kui ioonide hüdraatimisenergia on piisavalt suur, et ületada lattice energia. See selgitab, miks MgO (väga kõrge lattice energiaga) on peaaegu lahustumatu vees, samas kui NaCl (madalama lattice energiaga) lahustub kergesti.

Mis vahe on lattice energial ja lattice entalpia?

Lattice energia ja lattice entalpia on omavahel tihedalt seotud kontseptsioonid, mida mõnikord kasutatakse vaheldumisi, kuid neil on peen erinevus. Lattice energia viitab sisemisele energia muutusele (ΔU) konstantse mahu juures, samas kui lattice entalpia viitab entalpia muutusele (ΔH) konstantse rõhu juures. Nende vahel on seos ΔH = ΔU + PΔV, kus PΔV on tavaliselt tahke aine moodustamise korral väike (umbes RT). Enamikus praktilistes olukordades on erinevus minimaalne.

Kuidas mõjutab Madelungi konstant lattice energia arvutusi?

Madelungi konstant (A) arvestab ioonide kolme mõõtmelist paigutust kristallstruktuuris ja sellest tulenevaid elektrostaatilisi interaktsioone. Erinevatel kristallistruktuuridel on erinevad Madelungi konstantid. Näiteks NaCl struktuuril on Madelungi konstant 1.7476, samas kui CsCl struktuuril on väärtus 1.7627. Madelungi konstant on otseselt proportsionaalne lattice energiaga, seega struktuurid, millel on kõrgemad Madelungi konstantid, omavad kõrgemaid lattice energiaid, kõik muu võrdsena.

Viidatud Allikad

1. Atkins, P. W., & De Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10. väljaanne). Oxford University Press.

2. Jenkins, H. D. B., & Thakur, K. P. (1979). Reappraisal of thermochemical radii for complex ions. Journal of Chemical Education, 56(9), 576.

3. Housecroft, C. E., & Sharpe, A. G. (2018). Inorganic Chemistry (5. väljaanne). Pearson.

4. Shannon, R. D. (1976). Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallographica Section A, 32(5), 751-767.

5. Born, M., & Landé, A. (1918). Über die Berechnung der Kompressibilität regulärer Kristalle aus der Gittertheorie. Verhandlungen Der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, 20, 210-216.

6. Kapustinskii, A. F. (1956). Lattice energy of ionic crystals. Quarterly Reviews, Chemical Society, 10(3), 283-294.

7. Jenkins, H. D. B., & Morris, D. F. C. (1976). A new estimation of the Born exponent. Molecular Physics, 32(1), 231-236.

8. Glasser, L., & Jenkins, H. D. B. (2000). Lattice energies and unit cell volumes of complex ionic solids. Journal of the American Chemical Society, 122(4), 632-638.

Proovige Meie Lattice Energia Kalkulaatorit Täna

Nüüd, kui mõistate lattice energia tähtsust ja kuidas seda arvutatakse, proovige meie kalkulaatorit, et määrata erinevate ioonsete ühendite lattice energia. Olenemata sellest, kas olete üliõpilane, kes õpib keemilisi sidemeid, teadlane, kes analüüsib materjalide omadusi, või spetsialist, kes arendab uusi ühendeid, pakub meie tööriist kiireid ja täpseid tulemusi, et toetada teie tööd.

Täpsemate arvutuste või seotud kontseptsioonide uurimise jaoks vaadake meie teisi keemia kalkulaatoreid ja ressursse. Kui teil on küsimusi või tagasisidet lattice energia kalkulaatori kohta, palun võtke meiega ühendust allpool oleva tagasiside vormi kaudu.