Lattice Energy Calculator

Įvadas

Lattice energy calculator yra esminis įrankis fizikinėje chemijoje ir medžiagų moksle, skirtas nustatyti joninių ryšių stiprumą kristalinėse struktūrose. Lattice energy reiškia energiją, kuri išsiskiria, kai dujinių jonų pora susijungia, kad sudarytų kietą joninį junginį, teikiant svarbių įžvalgų apie junginio stabilumą, tirpumą ir reaktivumą. Šis skaičiuoklė naudoja Born-Landé lygtį, kad tiksliai apskaičiuotų lattice energy, remiantis jonų krūviais, jonų spinduliais ir Born eksponentu, taip padarydama sudėtingas kristalografines skaičiavimus prieinamus studentams, tyrėjams ir pramonės specialistams.

Suprasti lattice energy yra esminis dalykas prognozuojant ir paaiškinant įvairias chemines ir fizines savybes joninių junginių. Aukštesnės lattice energy vertės (didesnės neigiamos) rodo stipresnius joninius ryšius, kurie paprastai lemia aukštesnes lydimosios temperatūros, mažesnį tirpumą ir didesnį kietumą. Teikdami paprastą būdą apskaičiuoti šias vertes, mūsų įrankis padeda užpildyti spragą tarp teorinės kristalografijos ir praktinių taikymų medžiagų projektavime, farmacijos plėtroje ir chemijos inžinerijoje.

Kas yra Lattice Energy?

Lattice energy apibrėžiama kaip energija, kuri išsiskiria, kai atskirti dujiniai jonai susijungia, kad sudarytų kietą joninį junginį. Matematiškai tai reiškia energijos pokytį šiuo procesu:

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

Kur:

• $M^{n+}$ reiškia metalinį katijoną su krūviu n+
• $X^{n-}$ reiškia nemetalinį anijoną su krūviu n-
• $MX$ reiškia gautą joninį junginį

Lattice energy visada yra neigiama (egzoterminė), nurodanti, kad energija išsiskiria formuojant joninį tinklą. Lattice energy dydis priklauso nuo kelių veiksnių:

1. Jonų krūviai: didesni krūviai lemia stipresnius elektrostatinius traukos ir didesnes lattice energy
2. Jonų dydžiai: mažesni jonai sukuria stipresnes traukos jėgas dėl trumpesnių tarpjoninių atstumų
3. Kristalinė struktūra: skirtingi jonų išdėstymai veikia Madelungo konstantą ir bendrą lattice energy

Born-Landé lygtis, kurią naudoja mūsų skaičiuoklė, atsižvelgia į šiuos veiksnius, kad pateiktų tikslius lattice energy vertes.

Born-Landé lygtis

Born-Landé lygtis yra pagrindinė formulė, naudojama lattice energy apskaičiavimui:

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

Kur:

• $U$ = Lattice energy (kJ/mol)
• $N_0$ = Avogadro skaičius (6.022 × 10²³ mol⁻¹)
• $A$ = Madelungo konstantas (priklauso nuo kristalinės struktūros, 1.7476 NaCl struktūrai)
• $z_1$ = Katijono krūvis
• $z_2$ = Anijono krūvis
• $e$ = Elementarioji krūvis (1.602 × 10⁻¹⁹ C)
• $\varepsilon_0$ = Vakuumo leidžiamumas (8.854 × 10⁻¹² F/m)
• $r_0$ = Tarpjoninis atstumas (jonų spindulių suma metrais)
• $n$ = Born eksponentas (paprastai tarp 5-12, susijęs su kietojo suspaudžiamumu)

Lygtis atsižvelgia tiek į traukos jėgas tarp priešingų krūvių turinčių jonų, tiek į atstūmimo jėgas, kurios atsiranda, kai elektronų debesys pradeda persidengti.

Tarpjoninio atstumo skaičiavimas

Tarpjoninis atstumas ($r_0$) apskaičiuojamas kaip katijono ir anijono spindulių suma:

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

Kur:

• $r_{cation}$ = Katijono spindulys pikometrais (pm)
• $r_{anion}$ = Anijono spindulys pikometrais (pm)

Šis atstumas yra svarbus tiksliai lattice energy skaičiavimams, nes elektrostatinė trauka tarp jonų yra atvirkščiai proporcinga šiam atstumui.

Kaip naudoti Lattice Energy Calculator

Mūsų lattice energy calculator teikia paprastą sąsają sudėtingiems skaičiavimams atlikti. Sekite šiuos žingsnius, kad apskaičiuotumėte joninio junginio lattice energy:

1. Įveskite katijono krūvį (teigiamas sveikasis skaičius, pvz., 1 Na⁺, 2 Mg²⁺)
2. Įveskite anijono krūvį (neigiamas sveikasis skaičius, pvz., -1 Cl⁻, -2 O²⁻)
3. Įveskite katijono spindulį pikometrais (pm)
4. Įveskite anijono spindulį pikometrais (pm)
5. Nurodykite Born eksponentą (paprastai tarp 5-12, 9 yra įprasta daugeliui junginių)
6. Peržiūrėkite rezultatus, kuriuose rodomas tiek tarpjono atstumas, tiek apskaičiuota lattice energy

Skaičiuoklė automatiškai patikrina jūsų įvestis, kad užtikrintų, jog jos yra fiziškai prasminguose ribose:

• Katijono krūvis turi būti teigiamas sveikasis skaičius
• Anijono krūvis turi būti neigiamas sveikasis skaičius
• Abu jonų spinduliai turi būti teigiamos vertės
• Born eksponentas turi būti teigiama vertė

Žingsnis po žingsnio pavyzdys

Apskaičiuokime natrio chlorido (NaCl) lattice energy:

1. Įveskite katijono krūvį: 1 (Na⁺)
2. Įveskite anijono krūvį: -1 (Cl⁻)
3. Įveskite katijono spindulį: 102 pm (Na⁺)
4. Įveskite anijono spindulį: 181 pm (Cl⁻)
5. Nurodykite Born eksponentą: 9 (tipinė vertė NaCl)

Skaičiuoklė nustatys:

• Tarpjoninis atstumas: 102 pm + 181 pm = 283 pm
• Lattice energy: maždaug -787 kJ/mol

Ši neigiama vertė rodo, kad energija išsiskiria, kai natrio ir chlorido jonai susijungia, kad sudarytų kietą NaCl, patvirtindama junginio stabilumą.

Dažniausiai pasitaikantys jonų spinduliai ir Born eksponentai

Norėdami padėti jums efektyviai naudoti skaičiuoklę, pateikiame dažniausiai pasitaikančių jonų spindulius ir Born eksponentus:

Katijonų spinduliai (pikometrais)

Anijonų spinduliai (pikometrais)

Tipiniai Born eksponentai

Šios vertės gali būti naudojamos kaip pradiniai taškai jūsų skaičiavimams, nors jos gali šiek tiek skirtis priklausomai nuo konkretaus šaltinio.

Lattice Energy skaičiavimo naudojimo atvejai

Lattice energy skaičiavimai turi daug taikymo sričių chemijoje, medžiagų moksle ir susijusiose srityse:

1. Fizinių savybių prognozavimas

Lattice energy tiesiogiai koreliuoja su keliomis fizinėmis savybėmis:

• Lydymosi ir virimo temperatūros: Junginiai su didesnėmis lattice energy paprastai turi aukštesnes lydymosi ir virimo temperatūras dėl stipresnių joninių ryšių.
• Kietumas: Didelės lattice energy paprastai lemia kietesnius kristalus, kurie yra labiau atsparūs deformacijai.
• Tirpumas: Junginiai su didesnėmis lattice energy paprastai yra mažiau tirpūs vandenyje, nes energija, reikalinga jonų atskyrimui, viršija hidratuojančią energiją.

Pavyzdžiui, palyginus MgO (lattice energy ≈ -3795 kJ/mol) su NaCl (lattice energy ≈ -787 kJ/mol) paaiškinama, kodėl MgO turi daug aukštesnę lydymosi temperatūrą (2852°C, palyginti su 801°C NaCl).

2. Cheminės reaktacijos supratimas

Lattice energy padeda paaiškinti:

• Rūgščių-bazių elgesį: Oksidų stiprumas kaip bazių ar rūgščių gali būti susijęs su jų lattice energy.
• Terminis stabilumas: Junginiai su didesne lattice energy paprastai yra termiškai stabilesni.
• Reakcijų energetika: Lattice energy yra pagrindinė Born-Haber ciklų sudedamoji dalis, naudojama analizuojant joninių junginių formavimo energetiką.

3. Medžiagų projektavimas ir inžinerija

Tyrėjai naudoja lattice energy skaičiavimus, kad:

• Sukurtų naujas medžiagas su specifinėmis savybėmis
• Optimizuotų kristalų struktūras tam tikroms programoms
• Prognozuotų naujų junginių stabilumą prieš sintezę
• Sukurtų efektyvesnius katalizatorius ir energijos kaupimo medžiagas

4. Farmacijos taikymai

Farmacijos moksle lattice energy skaičiavimai padeda:

• Prognozuoti vaistų tirpumą ir biologinį prieinamumą
• Suprasti polimorfizmą vaistų kristaluose
• Projektuoti aktyvių farmacinių ingredientų druskos formas su optimaliomis savybėmis
• Kurti stabilias vaistų formules

5. Edukaciniai taikymai

Lattice energy skaičiuoklė tarnauja kaip puikus edukacinis įrankis:

• Mokant apie joninį ryšį
• Demonstruojant struktūros ir savybių ryšį
• Iliustruojant elektrostatikos principus chemijoje
• Teikiant praktinę patirtį su termodinaminiais skaičiavimais

Alternatyvos Born-Landé lygtiai

Nors Born-Landé lygtis plačiai naudojama, yra alternatyvūs požiūriai lattice energy skaičiavimui:

1. Kapustinskii lygtis: Supaprastintas požiūris, kuris nereikalauja žinoti kristalinės struktūros: $U = -\frac{1.07 \times 10^5 \times |z_1 z_2| \times \nu}{r_0} \left(1-\frac{0.345}{r_0}\right)$ Kur ν yra jonų skaičius formulės vienete.

2. Born-Mayer lygtis: Born-Landé lygties modifikacija, kuri apima papildomą parametrą, kad atsižvelgtų į elektronų debesų atstūmimą.

3. Eksperimentinis nustatymas: Naudojant Born-Haber ciklus, kad apskaičiuotų lattice energy iš eksperimentinių termodinamikos duomenų.

4. Kompjuteriniai metodai: Šiuolaikiniai kvantiniai mechaniniai skaičiavimai gali suteikti labai tikslius lattice energy vertes sudėtingoms struktūroms.

Kiekvienas metodas turi savo privalumų ir trūkumų, o Born-Landé lygtis siūlo gerą pusiausvyrą tarp tikslumo ir skaičiavimo paprastumo daugumai įprastų joninių junginių.

Lattice Energy koncepcijos istorija

Lattice energy koncepcija per pastarąjį šimtmetį žymiai išsivystė:

• 1916-1918: Maxas Bornas ir Alfredas Landé sukūrė pirmą teorinį rėmą lattice energy skaičiavimui, pristatydami tai, kas tapo žinoma kaip Born-Landé lygtis.

• 1920-ųjų: Buvo sukurtas Born-Haber ciklas, teikiantis eksperimentinį požiūrį į lattice energy nustatymą per termocheminius matavimus.

• 1933: Fritzas Londonas ir Walteris Heitleris savo darbuose apie kvantinę mechaniką pateikė gilesnių įžvalgų apie joninio ryšio pobūdį ir patobulino teorinį lattice energy supratimą.

• 1950-1960: X-spindulių kristalografijos patobulinimai leido tiksliau nustatyti kristalų struktūras ir tarpjoninius atstumus, padidinant lattice energy skaičiavimų tikslumą.

• 1970-1980: Išsivystė kompiuteriniai metodai, leidžiantys apskaičiuoti lattice energy vis sudėtingesnėms struktūroms.

• Dabartis: Išplėstiniai kvantiniai mechaniniai metodai ir molekulinės dinamikos simuliacijos teikia labai tikslias lattice energy vertes, tuo tarpu supaprastintos skaičiuoklės, tokios kaip mūsų, padaro šiuos skaičiavimus prieinamus platesnei auditorijai.

Lattice energy koncepcijų plėtra buvo esminė medžiagų mokslo, kietojo kūno chemijos ir kristalų inžinerijos pažangai.

Kodo pavyzdžiai lattice energy skaičiavimui

Štai Born-Landé lygties įgyvendinimai įvairiose programavimo kalbose:

1import math
2
3def calculate_lattice_energy(cation_charge, anion_charge, cation_radius, anion_radius, born_exponent):
4    # Konstantos
5    AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23  # mol^-1
6    MADELUNG_CONSTANT = 1.7476  # NaCl struktūrai
7    ELECTRON_CHARGE = 1.602e-19  # C
8    VACUUM_PERMITTIVITY = 8.854e-12  # F/m
9    
10    # Konvertuoti spindulius iš pikometrų į metrus
11    cation_radius_m = cation_radius * 1e-12
12    anion_radius_m = anion_radius * 1e-12
13    
14    # Apskaičiuoti tarpjoninį atstumą
15    interionic_distance = cation_radius_m + anion_radius_m
16    
17    # Apskaičiuoti lattice energy J/mol
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    # Konvertuoti į kJ/mol
24    return lattice_energy / 1000
25
26# Pavyzdys: Apskaičiuoti natrio chlorido lattice energy
27energy = calculate_lattice_energy(1, -1, 102, 181, 9)
28print(f"Natrio chlorido lattice energy: {energy:.2f} kJ/mol")
29

1function calculateLatticeEnergy(cationCharge, anionCharge, cationRadius, anionRadius, bornExponent) {
2  // Konstantos
3  const AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23; // mol^-1
4  const MADELUNG_CONSTANT = 1.7476; // NaCl struktūrai
5  const ELECTRON_CHARGE = 1.602e-19; // C
6  const VACUUM_PERMITTIVITY = 8.854e-12; // F/m
7  
8  // Konvertuoti spindulius iš pikometrų į metrus
9  const cationRadiusM = cationRadius * 1e-12;
10  const anionRadiusM = anionRadius * 1e-12;
11  
12  // Apskaičiuoti tarpjoninį atstumą
13  const interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM;
14  
15  // Apskaičiuoti lattice energy J/mol
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  // Konvertuoti į kJ/mol
22  return latticeEnergy / 1000;
23}
24
25// Pavyzdys: Apskaičiuoti MgO lattice energy
26const energy = calculateLatticeEnergy(2, -2, 72, 140, 9);
27console.log(`MgO lattice energy: ${energy.toFixed(2)} kJ/mol`);
28

1public class LatticeEnergyCalculator {
2    // Konstantos
3    private static final double AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23; // mol^-1
4    private static final double MADELUNG_CONSTANT = 1.7476; // NaCl struktūrai
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        // Konvertuoti spindulius iš pikometrų į metrus
12        double cationRadiusM = cationRadius * 1e-12;
13        double anionRadiusM = anionRadius * 1e-12;
14        
15        // Apskaičiuoti tarpjoninį atstumą
16        double interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM;
17        
18        // Apskaičiuoti lattice energy J/mol
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        // Konvertuoti į kJ/mol
25        return latticeEnergy / 1000;
26    }
27    
28    public static void main(String[] args) {
29        // Pavyzdys: Apskaičiuoti CaO lattice energy
30        double energy = calculateLatticeEnergy(2, -2, 100, 140, 9);
31        System.out.printf("CaO lattice energy: %.2f kJ/mol%n", energy);
32    }
33}
34

1' Excel VBA funkcija lattice energy skaičiavimui
2Function LatticeEnergy(cationCharge As Double, anionCharge As Double, _
3                      cationRadius As Double, anionRadius As Double, _
4                      bornExponent As Double) As Double
5    ' Konstantos
6    Const AVOGADRO_NUMBER As Double = 6.022E+23 ' mol^-1
7    Const MADELUNG_CONSTANT As Double = 1.7476 ' NaCl struktūrai
8    Const ELECTRON_CHARGE As Double = 1.602E-19 ' C
9    Const VACUUM_PERMITTIVITY As Double = 8.854E-12 ' F/m
10    
11    ' Konvertuoti spindulius iš pikometrų į metrus
12    Dim cationRadiusM As Double: cationRadiusM = cationRadius * 1E-12
13    Dim anionRadiusM As Double: anionRadiusM = anionRadius * 1E-12
14    
15    ' Apskaičiuoti tarpjoninį atstumą
16    Dim interionicDistance As Double: interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM
17    
18    ' Apskaičiuoti lattice energy J/mol
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    ' Konvertuoti į kJ/mol
26    LatticeEnergy = energyInJ / 1000
27End Function
28' Naudojimas:
29' =LatticeEnergy(1, -1, 102, 181, 9)
30

1#include <iostream>
2#include <cmath>
3
4// Apskaičiuoti lattice energy naudojant Born-Landé lygtį
5double calculateLatticeEnergy(int cationCharge, int anionCharge, 
6                             double cationRadius, double anionRadius, 
7                             double bornExponent) {
8    // Konstantos
9    const double AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23; // mol^-1
10    const double MADELUNG_CONSTANT = 1.7476; // NaCl struktūrai
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    // Konvertuoti spindulius iš pikometrų į metrus
16    double cationRadiusM = cationRadius * 1e-12;
17    double anionRadiusM = anionRadius * 1e-12;
18    
19    // Apskaičiuoti tarpjoninį atstumą
20    double interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM;
21    
22    // Apskaičiuoti lattice energy J/mol
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    // Konvertuoti į kJ/mol
29    return latticeEnergy / 1000;
30}
31
32int main() {
33    // Pavyzdys: Apskaičiuoti LiF lattice energy
34    double energy = calculateLatticeEnergy(1, -1, 76, 133, 7);
35    std::cout << "LiF lattice energy: " << std::fixed << std::setprecision(2) 
36              << energy << " kJ/mol" << std::endl;
37    
38    return 0;
39}
40

Dažnai užduodami klausimai

Kas yra lattice energy ir kodėl jis svarbus?

Lattice energy yra energija, kuri išsiskiria, kai dujiniai jonai susijungia, kad sudarytų kietą joninį junginį. Jis yra svarbus, nes teikia įžvalgas apie junginio stabilumą, lydymosi temperatūrą, tirpumą ir reaktivumą. Didelės lattice energy (didesnės neigiamos vertės) rodo stipresnius joninius ryšius ir paprastai lemia junginius su aukštesnėmis lydymosi temperatūromis, mažesniu tirpumu ir didesniu kietumu.

Ar lattice energy visada yra neigiama?

Taip, lattice energy visada yra neigiama (egzoterminė), kai apibrėžiama kaip energija, išsiskirianti formuojant joninį kietąjį kūną iš dujinių jonų. Kai kurie vadovėliai ją apibrėžia kaip energiją, reikalingą atskirti joninį kietą kūną į dujinius jonus, tada ji būtų teigiama (endoterminė). Mūsų skaičiuoklė naudoja tradicinę apibrėžtį, kur lattice energy yra neigiama.

Kaip jonų dydis veikia lattice energy?

Jonų dydis turi reikšmingą atvirkštinę priklausomybę nuo lattice energy. Mažesni jonai sukuria stipresnes elektrostatines traukos jėgas, nes jie gali priartėti vienas prie kito, todėl tarpjono atstumas yra trumpesnis. Kadangi lattice energy yra atvirkščiai proporcinga tarpjoniniam atstumui, junginiai su mažesniais jonais paprastai turi didesnes lattice energy (didesnes neigiamas vertes).

Kodėl MgO ir NaF turi skirtingas lattice energy, nors turi tą patį elektronų skaičių?

Nors MgO ir NaF abu turi 10 elektronų kiekviename jone, jų lattice energy skiriasi pirmiausia dėl skirtingų jonų krūvių. MgO apima Mg²⁺ ir O²⁻ jonus (krūviai +2 ir -2), o NaF apima Na⁺ ir F⁻ jonus (krūviai +1 ir -1). Kadangi lattice energy yra proporcinga jonų krūvių produktui, MgO lattice energy yra maždaug keturis kartus didesnė nei NaF. Be to, MgO jonai yra mažesni nei NaF, dar labiau didinant MgO lattice energy.

Kas yra Born eksponentas ir kaip pasirinkti tinkamą vertę?

Born eksponentas (n) yra parametras Born-Landé lygties, kuris atsižvelgia į atstūmimo jėgas tarp jonų, kai jų elektronų debesys pradeda persidengti. Jis paprastai svyruoja nuo 5 iki 12 ir yra susijęs su kietojo suspaudžiamumu. Daugeliui įprastų joninių junginių 9 vertė naudojama kaip protingas apytikslis. Dėl tikslesnių skaičiavimų galite rasti specifinių Born eksponentų vertes kristalografiniuose duomenų bazėse arba tyrimų literatūroje, susijusioje su jūsų interesų junginiu.

Kiek tiksliai Born-Landé lygtis apskaičiuoja lattice energy?

Born-Landé lygtis pateikia pakankamai tikslius lattice energy vertes paprastiems joniniams junginiams, turintiems žinomas kristalines struktūras. Daugumai edukacinių ir bendrosios chemijos tikslų ji yra pakankamai tiksli. Tačiau ji turi apribojimų junginiams, turintiems reikšmingą kovalentinį pobūdį, sudėtingas kristalines struktūras arba kai jonai yra labai poliarizuojami. Tyrimų lygio tikslumui pageidautina naudoti kvantinius mechaninius skaičiavimus arba eksperimentinius nustatymus per Born-Haber ciklus.

Ar lattice energy gali būti matuojama eksperimentiniu būdu?

Lattice energy negali būti matuojama tiesiogiai, tačiau gali būti nustatyta eksperimentiniu būdu naudojant Born-Haber ciklą. Šis termodinaminis ciklas sujungia kelis matuojamus energijos pokyčius (pvz., jonizacijos energiją, elektronų afinitetą ir formavimo entalpiją), kad netiesiogiai apskaičiuotų lattice energy. Šios eksperimentinės vertės dažnai tarnauja kaip etalonai teoriniams skaičiavimams.

Kaip lattice energy susijusi su tirpumu?

Lattice energy ir tirpumas yra atvirkščiai susiję. Junginiai su didesnėmis lattice energy (didesnėmis neigiamomis vertėmis) reikalauja daugiau energijos, kad atskirtų jų jonus, todėl jie yra mažiau tirpūs vandenyje, nebent jonų hidratuojanti energija būtų pakankamai didelė, kad įveiktų lattice energy. Tai paaiškina, kodėl MgO (turintis labai didelę lattice energy) beveik netirpsta vandenyje, tuo tarpu NaCl (su mažesne lattice energy) lengvai tirpsta.

Koks skirtumas tarp lattice energy ir lattice enthalpy?

Lattice energy ir lattice enthalpy yra glaudžiai susiję konceptai, kurie kartais naudojami kaip sinonimai, tačiau jie turi subtilų skirtumą. Lattice energy nurodo vidinį energijos pokytį (ΔU) esant pastoviam tūriui, o lattice enthalpy nurodo entalpijos pokytį (ΔH) esant pastoviai spaudai. Santykis tarp jų yra ΔH = ΔU + PΔV, kur PΔV paprastai yra mažas, formuojant kietą medžiagą (maždaug RT). Daugeliu praktinių atvejų skirtumas yra minimalus.

Kaip Madelungo konstantas veikia lattice energy skaičiavimus?

Madelungo konstantas (A) atsižvelgia į trijų dimensijų jonų išdėstymą kristalinėje struktūroje ir atitinkamas elektrostatines sąveikas. Skirtingos kristalinės struktūros turi skirtingas Madelungo konstantas. Pavyzdžiui, NaCl struktūra turi Madelungo konstantą 1.7476, tuo tarpu CsCl struktūra turi vertę 1.7627. Madelungo konstantas yra tiesiogiai proporcingas lattice energy, todėl struktūros su didesnėmis Madelungo konstantomis turės didesnes lattice energy, visais kitais atvejais.

Nuorodos

1. Atkins, P. W., & De Paula, J. (2014). Atkins' Physical Chemistry (10th ed.). 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 (5th ed.). 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.

Išbandykite mūsų Lattice Energy Calculator šiandien

Dabar, kai suprantate lattice energy svarbą ir kaip ji skaičiuojama, išbandykite mūsų skaičiuoklę, kad nustatytumėte įvairių joninių junginių lattice energy. Nesvarbu, ar esate studentas, mokantis apie cheminius ryšius, tyrėjas, analizuojantis medžiagų savybes, ar profesionalas, kuriantis naujus junginius, mūsų įrankis teikia greitus ir tikslius rezultatus, kad palaikytų jūsų darbą.

Dėl išsamesnių skaičiavimų ar susijusių koncepcijų tyrimo patikrinkite mūsų kitus chemijos skaičiuokles ir išteklius. Jei turite klausimų ar atsiliepimų apie lattice energy skaičiuoklę, prašome susisiekti su mumis per atsiliepimų formą žemiau.