Kalkulačka mriežkovej energie

Úvod

Kalkulačka mriežkovej energie je nevyhnutným nástrojom v fyzikálnej chémii a materiálovej vede na určenie sily iónových väzieb v kryštalických štruktúrach. Mriežková energia predstavuje energiu uvoľnenú, keď sa plynové ióny spoja a vytvoria pevnú iónovú zlúčeninu, poskytujúc dôležité poznatky o stabilite, rozpustnosti a reaktivite zlúčeniny. Táto kalkulačka implementuje Born-Landéovu rovnicu na presné výpočty mriežkovej energie na základe nábojov iónov, iónových polomerov a Bornovho exponentu, čím sprístupňuje zložité kryštalografické výpočty študentom, výskumníkom a odborníkom v priemysle.

Pochopenie mriežkovej energie je základné pre predpovedanie a vysvetľovanie rôznych chemických a fyzikálnych vlastností iónových zlúčenín. Vyššie hodnoty mriežkovej energie (negatívnejšie) naznačujú silnejšie iónové väzby, čo zvyčajne vedie k vyšším teplotám tavenia, nižšej rozpustnosti a väčšej tvrdosti. Poskytovaním jednoduchého spôsobu na výpočet týchto hodnôt náš nástroj pomáha prekonávať medzeru medzi teoretickou kryštalografiou a praktickými aplikáciami v návrhu materiálov, vývoji farmaceutík a chemickom inžinierstve.

Čo je mriežková energia?

Mriežková energia je definovaná ako energia uvoľnená, keď sa oddelené plynové ióny spoja a vytvoria pevnú iónovú zlúčeninu. Matematicky predstavuje zmenu energie v nasledujúcom procese:

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

Kde:

• $M^{n+}$ predstavuje katión kovu s nábojom n+
• $X^{n-}$ predstavuje anión nekovu s nábojom n-
• $MX$ predstavuje výslednú iónovú zlúčeninu

Mriežková energia je vždy negatívna (exotermická), čo naznačuje, že energia je uvoľnená počas vytvárania iónovej mriežky. Veľkosť mriežkovej energie závisí od niekoľkých faktorov:

1. Náboje iónov: Vyššie náboje vedú k silnejším elektrostatickým príťažlivostiam a vyšším mriežkovým energiám
2. Veľkosti iónov: Menšie ióny vytvárajú silnejšie príťažlivosti v dôsledku kratších interiónových vzdialeností
3. Kryštálová štruktúra: Rôzne usporiadania iónov ovplyvňujú Madelungovu konštantu a celkovú mriežkovú energiu

Rovnica Born-Landé, ktorú používa naša kalkulačka, berie tieto faktory do úvahy, aby poskytla presné hodnoty mriežkovej energie.

Rovnica Born-Landé

Rovnica Born-Landé je primárny vzorec používaný na výpočet mriežkovej energie:

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

Kde:

• $U$ = Mriežková energia (kJ/mol)
• $N_0$ = Avogadrovo číslo (6.022 × 10²³ mol⁻¹)
• $A$ = Madelungova konštanta (závisí od kryštálovej štruktúry, 1.7476 pre NaCl štruktúru)
• $z_1$ = Náboj katiónu
• $z_2$ = Náboj aniónu
• $e$ = Elementárny náboj (1.602 × 10⁻¹⁹ C)
• $\varepsilon_0$ = Permitivita vo vákuu (8.854 × 10⁻¹² F/m)
• $r_0$ = Interiónová vzdialenosť (súčet iónových polomerov v metroch)
• $n$ = Bornov exponent (zvyčajne medzi 5-12, súvisí s kompresibilitou pevnej látky)

Rovnica zohľadňuje ako príťažlivé sily medzi opačne nabitými iónmi, tak aj odpudivé sily, ktoré nastávajú, keď sa začnú prekrývať elektronové obaly.

Výpočet interiónovej vzdialenosti

Interiónová vzdialenosť ($r_0$) sa vypočíta ako súčet polomeru katiónu a aniónu:

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

Kde:

• $r_{cation}$ = Polomer katiónu v pikometroch (pm)
• $r_{anion}$ = Polomer aniónu v pikometroch (pm)

Táto vzdialenosť je kľúčová pre presné výpočty mriežkovej energie, pretože elektrostatická príťažlivosť medzi iónmi je nepriamo úmerná tejto vzdialenosti.

Ako používať kalkulačku mriežkovej energie

Naša kalkulačka mriežkovej energie poskytuje jednoduché rozhranie na vykonávanie zložitých výpočtov. Postupujte podľa týchto krokov na výpočet mriežkovej energie iónovej zlúčeniny:

1. Zadajte náboj katiónu (kladné celé číslo, napr. 1 pre Na⁺, 2 pre Mg²⁺)
2. Zadajte náboj aniónu (záporné celé číslo, napr. -1 pre Cl⁻, -2 pre O²⁻)
3. Zadajte polomer katiónu v pikometroch (pm)
4. Zadajte polomer aniónu v pikometroch (pm)
5. Určte Bornov exponent (zvyčajne medzi 5-12, s 9 ako bežným pre mnohé zlúčeniny)
6. Zobrazte výsledky zobrazujúce ako interiónovú vzdialenosť, tak aj vypočítanú mriežkovú energiu

Kalkulačka automaticky validuje vaše vstupy, aby zabezpečila, že sú v rámci fyzicky zmysluplných rozsahov:

• Náboj katiónu musí byť kladné celé číslo
• Náboj aniónu musí byť záporné celé číslo
• Oba iónové polomery musia byť kladné hodnoty
• Bornov exponent musí byť kladný

Krok za krokom príklad

Vypočítajme mriežkovú energiu chloridu sodného (NaCl):

1. Zadajte náboj katiónu: 1 (pre Na⁺)
2. Zadajte náboj aniónu: -1 (pre Cl⁻)
3. Zadajte polomer katiónu: 102 pm (pre Na⁺)
4. Zadajte polomer aniónu: 181 pm (pre Cl⁻)
5. Určte Bornov exponent: 9 (typická hodnota pre NaCl)

Kalkulačka určí:

• Interiónová vzdialenosť: 102 pm + 181 pm = 283 pm
• Mriežková energia: približne -787 kJ/mol

Táto negatívna hodnota naznačuje, že energia je uvoľnená, keď sa sodné a chlórové ióny spoja a vytvoria pevnú NaCl, čím sa potvrdzuje stabilita zlúčeniny.

Bežné iónové polomery a Bornove exponenty

Aby sme vám pomohli efektívne používať kalkulačku, tu sú bežné iónové polomery a Bornove exponenty pre často sa vyskytujúce ióny:

Polomery katiónov (v pikometroch)

Polomery aniónov (v pikometroch)

Typické Bornove exponenty

Tieto hodnoty môžu byť použité ako východiskové body pre vaše výpočty, hoci sa môžu mierne líšiť v závislosti od konkrétneho referenčného zdroja.

Použitie výpočtov mriežkovej energie

Výpočty mriežkovej energie majú množstvo aplikácií v chémii, materiálovej vede a príbuzných oblastiach:

1. Predpovedanie fyzikálnych vlastností

Mriežková energia priamo koreluje s niekoľkými fyzikálnymi vlastnosťami:

• Teploty tavenia a varu: Zlúčeniny s vyššími mriežkovými energiami zvyčajne majú vyššie teploty tavenia a varu kvôli silnejším iónovým väzbám.
• Tvrdosť: Vyššie mriežkové energie zvyčajne vedú k tvrdším kryštálom, ktoré sú odolnejšie voči deformácii.
• Rozpustnosť: Zlúčeniny s vyššími mriežkovými energiami majú tendenciu byť menej rozpustné vo vode, pretože energia potrebná na oddelenie iónov prevyšuje hydratačnú energiu.

Napríklad porovnaním MgO (mriežková energia ≈ -3795 kJ/mol) s NaCl (mriežková energia ≈ -787 kJ/mol) sa vysvetľuje, prečo má MgO oveľa vyššiu teplotu tavenia (2852°C oproti 801°C pre NaCl).

2. Pochopenie chemickej reaktivity

Mriežková energia pomáha vysvetliť:

• Správanie kyselín a zásad: Sila oxidov ako zásad alebo kyselín môže byť spojená s ich mriežkovými energiami.
• Tepelná stabilita: Zlúčeniny s vyššími mriežkovými energiami sú zvyčajne stabilnejšie voči teplu.
• Energetika reakcií: Mriežková energia je kľúčovou zložkou v Born-Haberových cykloch používaných na analýzu energetiky tvorby iónových zlúčenín.

3. Návrh a inžinierstvo materiálov

Vedci používajú výpočty mriežkovej energie na:

• Návrh nových materiálov so špecifickými vlastnosťami
• Optimalizáciu kryštálových štruktúr pre konkrétne aplikácie
• Predpovedanie stability nových zlúčenín pred syntézou
• Vývoj efektívnejších katalyzátorov a materiálov na skladovanie energie

4. Farmaceutické aplikácie

V oblasti farmaceutickej vedy pomáhajú výpočty mriežkovej energie:

• Predpovedať rozpustnosť liekov a biologickú dostupnosť
• Pochopiť polymorfizmus v liekových kryštáloch
• Navrhnúť soľné formy aktívnych farmaceutických zložiek s optimálnymi vlastnosťami
• Vyvinúť stabilnejšie liekové formulácie

5. Vzdelávacie aplikácie

Kalkulačka mriežkovej energie slúži ako vynikajúci vzdelávací nástroj pre:

• Učenie konceptov iónového spojenia
• Demonštráciu vzťahu medzi štruktúrou a vlastnosťami
• Ilustrovanie princípov elektrostatiky v chémii
• Poskytovanie praktických skúseností s termodynamickými výpočtami

Alternatívy k Born-Landéovej rovnici

Hoci je Born-Landéova rovnica široko používaná, existujú alternatívne prístupy na výpočet mriežkovej energie:

1. Kapustinskiiho rovnica: Zjednodušený prístup, ktorý nevyžaduje znalosti o kryštálovej štruktúre: $U = -\frac{1.07 \times 10^5 \times |z_1 z_2| \times \nu}{r_0} \left(1-\frac{0.345}{r_0}\right)$ Kde ν je počet iónov vo vzorovej jednotke.

2. Rovnica Born-Mayer: Úprava Born-Landéovej rovnice, ktorá zahŕňa ďalší parameter na zohľadnenie odpudivých síl medzi iónmi.

3. Experimentálne určenie: Použitie Born-Haberových cyklov na výpočet mriežkovej energie z experimentálnych termodynamických údajov.

4. Výpočtové metódy: Moderné kvantovo-mechanické výpočty môžu poskytnúť vysoko presné mriežkové energie pre zložitých štruktúrach.

Každá metóda má svoje výhody a obmedzenia, pričom Born-Landéova rovnica ponúka dobrú rovnováhu medzi presnosťou a výpočtovou jednoduchosťou pre väčšinu bežných iónových zlúčenín.

História konceptu mriežkovej energie

Koncept mriežkovej energie sa v priebehu posledného storočia významne vyvinul:

• 1916-1918: Max Born a Alfred Landé vyvinuli prvý teoretický rámec na výpočet mriežkovej energie, zavádzajúc to, čo sa stalo známym ako Born-Landéova rovnica.

• 1920s: Bol vyvinutý Born-Haberov cyklus, ktorý poskytuje experimentálny prístup na určenie mriežkových energií prostredníctvom termochemických meraní.

• 1933: Práca Fritza Londona a Waltera Heitlera na kvantovej mechanike poskytla hlbšie poznatky o povahe iónového spojenia a zlepšila teoretické porozumenie mriežkovej energie.

• 1950s-1960s: Zlepšenia v röntgenovej kryštalografii umožnili presnejšie určenie kryštálových štruktúr a interiónových vzdialeností, čím sa zvýšila presnosť výpočtov mriežkovej energie.

• 1970s-1980s: Vznikli výpočtové metódy, ktoré umožnili výpočty mriežkovej energie pre čoraz zložitejšie štruktúry.

• Súčasnosť: Pokročilé kvantovo-mechanické metódy a simulácie molekulárnej dynamiky poskytujú vysoko presné hodnoty mriežkovej energie, zatiaľ čo zjednodušené kalkulačky, ako je tá naša, robia tieto výpočty prístupné širšiemu publiku.

Rozvoj konceptov mriežkovej energie bol kľúčový pre pokroky v materiálovej vede, chémii tuhej látky a kryštalovom inžinierstve.

Kódové príklady na výpočet mriežkovej energie

Tu sú implementácie Born-Landéovej rovnice v rôznych programovacích jazykoch:

1import math
2
3def calculate_lattice_energy(cation_charge, anion_charge, cation_radius, anion_radius, born_exponent):
4    # Konštanty
5    AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23  # mol^-1
6    MADELUNG_CONSTANT = 1.7476  # pre NaCl štruktúru
7    ELECTRON_CHARGE = 1.602e-19  # C
8    VACUUM_PERMITTIVITY = 8.854e-12  # F/m
9    
10    # Preveďte polomery z pikometrov na metre
11    cation_radius_m = cation_radius * 1e-12
12    anion_radius_m = anion_radius * 1e-12
13    
14    # Vypočítajte interiónovú vzdialenosť
15    interionic_distance = cation_radius_m + anion_radius_m
16    
17    # Vypočítajte mriežkovú energiu v 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    # Preveďte na kJ/mol
24    return lattice_energy / 1000
25
26# Príklad: Vypočítajte mriežkovú energiu pre NaCl
27energy = calculate_lattice_energy(1, -1, 102, 181, 9)
28print(f"Mriežková energia NaCl: {energy:.2f} kJ/mol")
29

1function calculateLatticeEnergy(cationCharge, anionCharge, cationRadius, anionRadius, bornExponent) {
2  // Konštanty
3  const AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23; // mol^-1
4  const MADELUNG_CONSTANT = 1.7476; // pre NaCl štruktúru
5  const ELECTRON_CHARGE = 1.602e-19; // C
6  const VACUUM_PERMITTIVITY = 8.854e-12; // F/m
7  
8  // Preveďte polomery z pikometrov na metre
9  const cationRadiusM = cationRadius * 1e-12;
10  const anionRadiusM = anionRadius * 1e-12;
11  
12  // Vypočítajte interiónovú vzdialenosť
13  const interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM;
14  
15  // Vypočítajte mriežkovú energiu v 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  // Preveďte na kJ/mol
22  return latticeEnergy / 1000;
23}
24
25// Príklad: Vypočítajte mriežkovú energiu pre MgO
26const energy = calculateLatticeEnergy(2, -2, 72, 140, 9);
27console.log(`Mriežková energia MgO: ${energy.toFixed(2)} kJ/mol`);
28

1public class LatticeEnergyCalculator {
2    // Konštanty
3    private static final double AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23; // mol^-1
4    private static final double MADELUNG_CONSTANT = 1.7476; // pre NaCl štruktúru
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        // Preveďte polomery z pikometrov na metre
12        double cationRadiusM = cationRadius * 1e-12;
13        double anionRadiusM = anionRadius * 1e-12;
14        
15        // Vypočítajte interiónovú vzdialenosť
16        double interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM;
17        
18        // Vypočítajte mriežkovú energiu v 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        // Preveďte na kJ/mol
25        return latticeEnergy / 1000;
26    }
27    
28    public static void main(String[] args) {
29        // Príklad: Vypočítajte mriežkovú energiu pre CaO
30        double energy = calculateLatticeEnergy(2, -2, 100, 140, 9);
31        System.out.printf("Mriežková energia CaO: %.2f kJ/mol%n", energy);
32    }
33}
34

1' Excel VBA Funkcia na výpočet mriežkovej energie
2Function LatticeEnergy(cationCharge As Double, anionCharge As Double, _
3                      cationRadius As Double, anionRadius As Double, _
4                      bornExponent As Double) As Double
5    ' Konštanty
6    Const AVOGADRO_NUMBER As Double = 6.022E+23 ' mol^-1
7    Const MADELUNG_CONSTANT As Double = 1.7476 ' pre NaCl štruktúru
8    Const ELECTRON_CHARGE As Double = 1.602E-19 ' C
9    Const VACUUM_PERMITTIVITY As Double = 8.854E-12 ' F/m
10    
11    ' Preveďte polomery z pikometrov na metre
12    Dim cationRadiusM As Double: cationRadiusM = cationRadius * 1E-12
13    Dim anionRadiusM As Double: anionRadiusM = anionRadius * 1E-12
14    
15    ' Vypočítajte interiónovú vzdialenosť
16    Dim interionicDistance As Double: interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM
17    
18    ' Vypočítajte mriežkovú energiu v 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    ' Preveďte na kJ/mol
26    LatticeEnergy = energyInJ / 1000
27End Function
28' Použitie:
29' =LatticeEnergy(1, -1, 102, 181, 9)
30

1#include <iostream>
2#include <cmath>
3
4// Vypočítajte mriežkovú energiu pomocou Born-Landéovej rovnice
5double calculateLatticeEnergy(int cationCharge, int anionCharge, 
6                             double cationRadius, double anionRadius, 
7                             double bornExponent) {
8    // Konštanty
9    const double AVOGADRO_NUMBER = 6.022e23; // mol^-1
10    const double MADELUNG_CONSTANT = 1.7476; // pre NaCl štruktúru
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    // Preveďte polomery z pikometrov na metre
16    double cationRadiusM = cationRadius * 1e-12;
17    double anionRadiusM = anionRadius * 1e-12;
18    
19    // Vypočítajte interiónovú vzdialenosť
20    double interionicDistance = cationRadiusM + anionRadiusM;
21    
22    // Vypočítajte mriežkovú energiu v 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    // Preveďte na kJ/mol
29    return latticeEnergy / 1000;
30}
31
32int main() {
33    // Príklad: Vypočítajte mriežkovú energiu pre LiF
34    double energy = calculateLatticeEnergy(1, -1, 76, 133, 7);
35    std::cout << "Mriežková energia LiF: " << std::fixed << std::setprecision(2) 
36              << energy << " kJ/mol" << std::endl;
37    
38    return 0;
39}
40

Často kladené otázky

Čo je mriežková energia a prečo je dôležitá?

Mriežková energia je energia uvoľnená, keď sa plynové ióny spoja a vytvoria pevnú iónovú zlúčeninu. Je dôležitá, pretože poskytuje poznatky o stabilite zlúčeniny, teplotách tavenia, rozpustnosti a reaktivite. Vyššie mriežkové energie (negatívnejšie hodnoty) naznačujú silnejšie iónové väzby a zvyčajne vedú k zlúčeninám s vyššími teplotami tavenia, nižšou rozpustnosťou a väčšou tvrdosťou.

Je mriežková energia vždy negatívna?

Áno, mriežková energia je vždy negatívna (exotermická), keď je definovaná ako energia uvoľnená počas vytvárania iónovej pevnej látky z plynových iónov. Niektoré učebnice ju definujú ako energiu potrebnú na oddelenie iónovej pevnej látky na plynové ióny, pričom by bola pozitívna (endotermická). Naša kalkulačka používa konvenčnú definíciu, kde je mriežková energia negatívna.

Ako ovplyvňuje veľkosť iónov mriežkovú energiu?

Veľkosť iónov má významný inverzný vzťah s mriežkovou energiou. Menšie ióny vytvárajú silnejšie elektrostatické príťažlivosti, pretože sa môžu priblížiť, čo vedie k kratším interiónovým vzdialenostiam. Keďže mriežková energia je nepriamo úmerná interiónovej vzdialenosti, zlúčeniny s menšími iónmi zvyčajne majú vyššie mriežkové energie (negatívnejšie hodnoty).

Prečo majú MgO a NaF rôzne mriežkové energie, aj keď majú rovnaký počet elektrónov?

Aj keď MgO a NaF majú 10 elektrónov v každom ióne, majú rôzne mriežkové energie predovšetkým kvôli rôznym nábojom iónov. MgO obsahuje Mg²⁺ a O²⁻ ióny (náboje +2 a -2), zatiaľ čo NaF obsahuje Na⁺ a F⁻ ióny (náboje +1 a -1). Keďže mriežková energia je úmerná súčinu nábojov iónov, mriežková energia MgO je približne štyrikrát vyššia ako tá NaF. Okrem toho sú ióny v MgO menšie ako tie v NaF, čo ďalej zvyšuje mriežkovú energiu MgO.

Čo je Bornov exponent a ako si vybrať správnu hodnotu?

Bornov exponent (n) je parameter v Born-Landéovej rovnici, ktorý zohľadňuje odpudivé sily medzi iónmi, keď sa začnú prekrývať elektronové obaly. Zvyčajne sa pohybuje od 5 do 12 a súvisí s kompresibilitou pevnej látky. Pre mnohé bežné iónové zlúčeniny sa používa hodnota 9 ako rozumná aproximácia. Pre presnejšie výpočty môžete nájsť konkrétne hodnoty Bornovho exponentu v kryštalografických databázach alebo vo výskumnej literatúre pre vašu zlúčeninu záujmu.

Ako presná je Born-Landéova rovnica na výpočet mriežkovej energie?

Born-Landéova rovnica poskytuje rozumne presné odhady mriežkovej energie pre jednoduché iónové zlúčeniny s známymi kryštálovými štruktúrami. Pre väčšinu vzdelávacích a všeobecných chemických účelov je dostatočne presná. Má však obmedzenia pre zlúčeniny so značným kovalentným charakterom, zložitými kryštálovými štruktúrami alebo keď sú ióny veľmi polarizovateľné. Pre presnosť výskumnej úrovne sú preferované kvantovo-mechanické výpočty alebo experimentálne určenia prostredníctvom Born-Haberových cyklov.

Môže byť mriežková energia meraná experimentálne?

Mriežková energia nemôže byť meraná priamo, ale môže byť určená experimentálne pomocou Born-Haberovho cyklu. Tento termodynamický cyklus kombinuje niekoľko merateľných zmien energie (ako je ionizačná energia, elektrónová afinita a entalpia tvorby), aby nepriamo vypočítal mriežkovú energiu. Tieto experimentálne hodnoty často slúžia ako referenčné hodnoty pre teoretické výpočty.

Ako súvisí mriežková energia s rozpustnosťou?

Mriežková energia a rozpustnosť sú inverzne späté. Zlúčeniny s vyššími mriežkovými energiami (negatívnejšie hodnoty) si vyžadujú viac energie na oddelenie svojich iónov, čo ich robí menej rozpustnými vo vode, pokiaľ nie je hydratačná energia iónov dostatočne veľká na to, aby prekonala mriežkovú energiu. To vysvetľuje, prečo je MgO (s veľmi vysokou mriežkovou energiou) takmer nerozpustné vo vode, zatiaľ čo NaCl (s nižšou mriežkovou energiou) sa ľahko rozpúšťa.

Aký je rozdiel medzi mriežkovou energiou a mriežkovou entalpiou?

Mriežková energia a mriežková entalpia sú úzko súvisiace koncepty, ktoré sa niekedy používajú zameniteľne, ale majú jemný rozdiel. Mriežková energia sa týka zmeny vnútornej energie (ΔU) pri konštantnom objeme, zatiaľ čo mriežková entalpia sa týka zmeny entalpie (ΔH) pri konštantnom tlaku. Vzťah medzi nimi je ΔH = ΔU + PΔV, kde PΔV je zvyčajne malé pre tvorbu pevnej látky (približne RT). Pre väčšinu praktických účelov je rozdiel minimálny.

Ako ovplyvňuje Madelungova konštanta výpočty mriežkovej energie?

Madelungova konštanta (A) zohľadňuje trojrozmerné usporiadanie iónov v kryštálovej štruktúre a výsledné elektrostatické interakcie. Rôzne kryštálové štruktúry majú rôzne Madelungove konštanty. Napríklad štruktúra NaCl má Madelungovu konštantu 1.7476, zatiaľ čo štruktúra CsCl má hodnotu 1.7627. Madelungova konštanta je priamo úmerná mriežkovej energii, takže štruktúry s vyššími Madelungovými konštantami budú mať vyššie mriežkové energie, za predpokladu, že všetko ostatné zostane rovnaké.

Odkazy

1. Atkins, P. W., & De Paula, J. (2014). Atkinsova fyzikálna chémia (10. vyd.). Oxford University Press.

2. Jenkins, H. D. B., & Thakur, K. P. (1979). Prehodnotenie termochemických polomerov pre komplexné ióny. Journal of Chemical Education, 56(9), 576.

3. Housecroft, C. E., & Sharpe, A. G. (2018). Inorganická chémia (5. vyd.). Pearson.

4. Shannon, R. D. (1976). Prepracované efektívne iónové polomery a systematické štúdie interatomových vzdialeností v halidoch a chalkogenidoch. Acta Crystallographica Section A, 32(5), 751-767.

5. Born, M., & Landé, A. (1918). O výpočte kompresibility pravidelných kryštálov z teórie mriežky. Verhandlungen Der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, 20, 210-216.

6. Kapustinskii, A. F. (1956). Mriežková energia iónových kryštálov. Quarterly Reviews, Chemical Society, 10(3), 283-294.

7. Jenkins, H. D. B., & Morris, D. F. C. (1976). Nové odhadovanie Bornovho exponentu. Molecular Physics, 32(1), 231-236.

8. Glasser, L., & Jenkins, H. D. B. (2000). Mriežkové energie a objemy jednotkových buniek komplexných iónových pevných látok. Journal of the American Chemical Society, 122(4), 632-638.

Vyskúšajte našu kalkulačku mriežkovej energie ešte dnes

Teraz, keď rozumiete dôležitosti mriežkovej energie a tomu, ako sa vypočítava, vyskúšajte našu kalkulačku na určenie mriežkovej energie rôznych iónových zlúčenín. Nech ste študent, ktorý sa učí o chemickom spojení, výskumník analyzujúci vlastnosti materiálov, alebo odborník vyvíjajúci nové zlúčeniny, náš nástroj poskytuje rýchle a presné výsledky na podporu vašej práce.

Pre pokročilejšie výpočty alebo na preskúmanie príbuzných konceptov si pozrite naše ďalšie chemické kalkulačky a zdroje. Ak máte otázky alebo spätnú väzbu ohľadom kalkulačky mriežkovej energie, kontaktujte nás prostredníctvom formulára na spätnú väzbu nižšie.