Roosterenthalpie: verschil tussen versies
Verwijderde inhoud Toegevoegde inhoud
k r2.6.4) (Robot: toegevoegd: ko:격자에너지 |
samenhang vergroot |
||
Regel 1:
[[Image:Sodium-chloride-3D-ionic.png|thumb|right|Natriumchloride kristalrooster]]
De '''roosterenthalpie''' is de verandering van enthalpie die optreedt ten gevolge van de vorming van een zuiver [[ionaire binding]] bij de vorming van een [[kristallisatie|zoutkristal]] uit zijn losse ionen.
De '''roosterenergie''' is de energieverlaging die optreedt ten gevolge van de vorming van een zuiver [[Ionaire binding|ionische binding]] in [[zouten|zout]]. Anders gezegd, het verschil in [[enthalpie]] bij de vorming van een [[kristallisatie|ionkristal]] uit zijn losse ionen. De vorming van de ionische binding kan kwalitatief verklaard worden als het uitwisselen van elektronen terwijl de roosterenergie een meer kwantitatieve, zuiver fysische aanpak hanteert. Daarbij moet worden opgemerkt dat er naar verhouding weinig verbindingen zijn die echt zuiver ionogeen zijn, omdat er vaak ook een covalente bijdrage tot de binding is. Indien deze bijdrage te groot is moet het relatief simpele ionogene model vervangen worden door tamelijk veeleisende kwantummechanische berekeningen, zoals de [[Born–Haber cyclus]].▼
Als voorbeeld de reactievergelijking van dat proces bij [[natriumchloride]]:
: Na<sup>+</sup> (g) + Cl<sup>−</sup> (g) → NaCl (s)
▲
== Afleiding van de formule ==▼
Roosterenthalpie kan zowel met behulp van [[Elektrostatica]] als [[Thermodynamica]] worden beschouwd.
== Elektrostatische benadering ==
▲=== Afleiding van de formule ===
Volgens de fysische [[wet van Coulomb]] kan de potentiële energieverandering per mol voor het bijeenbrengen van tegengestelde ladingen (Hier als voorbeeld Na<sup>+</sup> en Cl<sup>-</sup>) beschreven worden als:
<math>\Delta H=-\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\cdot\frac{
met:
:ε<sub>0</sub> de permittiviteit van het vacuüm (8,854x10<sup>-12</sup>Fm<sup>-1</sup>)
:z de ionlading voor zouten waarbij z<sup>+</sup> = |z<sup>-</sup>|
:e de [[elementaire lading]] van het elektron (1,602x10<sup>-19</sup>C)
Regel 26 ⟶ 35:
<math>\Delta H_{3D}=-\frac{1}{4\pi\epsilon_0}\cdot\frac{
==== Voorbeeld ====
Regel 33 ⟶ 42:
:ε<sub>0</sub>=8,854x10<sup>-12</sup>Fm<sup>-1</sup>
:z<sup>+</sup> = |z<sup>-</sup>| = 1
:e=1,602x10<sup>-19</sup>C
Regel 46 ⟶ 57:
In deze berekening is geen rekening gehouden met de afstoting tussen de kernen van kation en anion. Als we deze repulsie erbij zouden nemen, levert dit een roosterenergie van -780kJ.mol<sup>-1</sup>.
=== Gevolgen voor de kristalstructuur ===
Een ionische binding levert voor het atoom een stabiele [[elektronenconfiguratie]] op. Deze configuratie bestaat uit volledig bezette of half bezette hoofd- of nevenschillen. Het bereikte ladingsverschil tussen de twee ionen bepaalt dus de sterkte van de ionische binding. Het stapelen van de ionen in het kristalrooster is echter een probleem doordat de ionen een verschillende ionstraal hebben. Kleinere kationen kunnen bijvoorbeeld met meer rond één groot anion.
Regel 76 ⟶ 87:
CsCl: r<sup>+</sup>/r<sup>-</sup>=0,170/0,180=0,94 → kubisch
== Thermodynamische benadering ==
Roosterenthalpieën kunnen niet worden gemeten. Echter, een [[Born-Habercyclus]] berekent de roosterenthalpie door het vergelijken van de [[Enthalpie|standaard vormingsenthalpie]] van een zout met de enthalpieveranderingen bij het produceren van ionen in de gastoestand uit de [[enkelvoudige stof|niet-ontleedbare stof]]fen. De [[Wet van Hess]] wordt hierbij toegepast. Een proces waarbij een zout ontstaat uit vrije ionen is altijd exotherm. Dat betekent dat de roosterenthalpie ΔH<sub>L</sub> = H<sub>zout</sub> - H<sub>vrije ionen</sub> altijd negatief is.<ref> In Amerikaanse leerboeken is de definitie vaak het tegengestelde, zie Atkins p.281</ref> De roosterenthalpie van een zout is een maat voor bindingssterkte in zo’n ionaire verbinding, hoe sterker negatief de roosterenthalpie is, des te sterker de ionaire binding.
=== Factoren die de roosterenthalpie beïnvloeden ===
Roosterenthalpie is afhankelijk van ionstraal en ionlading. De elektrostatische benadering laat dit zien.
De volgende gegevens van alkalimetaalfluorides laten zien dat, zoals verwacht, de roosterenthalpie minder negatief is naarmate het alkali-ion groter is. Mede op grond van deze gegevens is afgeleid dat de bindingssterkte van overeenkomstige zouten groter is naarmate de ionen kleiner zijn.
{| class="wikitable" width="60%"
! colspan="4" | Roosterenthalpie van Alkalimetaalfluorides<ref name=BINAS-tabel-60>BINAS Tabel 60</ref>
Regel 93 ⟶ 110:
De gegevens in onderstaande tabel illustreren dat, zoals verwacht, de bindingssterkte in zouten groter is bij zouten met grotere ionladingen.
{| class="wikitable" width="60%"
! colspan="5" | De invloed van Ionlading op de Roosterenthalpie (enige voorbeelden)<ref name=BINAS-tabel-60 />
Regel 109 ⟶ 126:
{{appendix||
;Bronnen, refenties en voetnoten
* P.W. Atkins, ''General Chemistry'' (New York: W.H. Freeman and Co, 1989)
* BINAS havo/vwo, 5e druk (Groningen: Wolters-Noordhoff bv, 2004).
| |||