Hilaenergia

Kohteesta Wikipedia
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Hilaenergia on se entalpian muutos, joka tapahtuu, kun yksi mooli kiinteää ioniyhdistettä muodostuu kaasumaisessa olomuodossa olevista ioneista. Hilaenergia on ioniyhdisteen stabiilisuuden mitta. Hilaenergian tunnuksena käytetään ΔE:tä tai ΔU:ta ja yksikkönä kJ/mol. Hilaenergian arvo on aina negatiivinen eli ioniyhdisteen muodostuminen kaasumaisista ioneista on eksoterminen reaktio. Mitä negatiivisempi on hilaenergian arvo, sitä stabiilimpi ioniyhdiste on. Hilaenergia vaikuttaa ioniyhdisteiden ominaisuuksiin: esimerkiksi mitä korkeampi hilaenergia ioniyhdisteellä on, sitä vaikeammin se on liuotettavissa. Kiinteillä molekyyliyhdisteillä puhutaan hilaenergian sijasta tavanomaisimmin sublimoitumisentalpiasta.[1][2][3]

Hilaenergian määrittämiseen on kehitetty sekä teoreettisia malleja että selvitetty kokeellisesti Born–Haber-syklin avulla.

Hilaenergian määrittäminen teoreettisesti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Born–Landé-yhtälö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Yksi käytetyimmistä tavoista arvioida ioniyhdisteiden hilaenergian suuruutta on Born–Landé-yhtälö. Yhtälö antaa suhteellisen yhtäpitäviä tuloksia kokeellisesti määritettyjen hilaenergioiden arvojen kanssa.[2][3] Yhtälö on nimetty Max Bornin ja Alfred Landén mukaan. Born–Landé-yhtälön muoto on:

missä

NA on Avogadron vakio
M on yhdisteen kiderakenteesta riippuva Madelungin vakio
z+ ja z- ovat kationin ja anionin varaukset
e on alkeisvaraus
ε0 on tyhjiön permittiivisyys.
r0 on ionien välinen etäisyys metreinä
n on Bornin eksponentti eli vakio, joka kuvaa ionien välisiä repulsiovuorovaikutuksia ja voi saada arvoja väliltä 5–12

Born–Landé-yhtälöön on tehty useita tarkennuksia, jotka ottavat huomioon dipoli-dipoli-vuorovaikutuksia, dispersioenergian, nollapiste-energian ja ionien polarisoituvuuden. Yksi tarkennettu Born–Landé-yhtälön muoto on Born–Mayer-yhtälö, jossa Bornin eksponentti on korvattu kiteisen yhdisteen kokoonpuristuvuuden suhteella ionien väliseen etäisyyteen yhdisteessä.[3]

Kapustinskii-yhtälö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Born–Landé-yhtälön ongelmana on, että hilaenergian arvon määrittäminen vaatii aineen rakenteen ja hilatyypin tarkkaa tuntemista. Anatoli Fedorovich Kapustinskii esitteli vuonna 1956 nimeään kantavan yhtälön, jonka avulla hilaenergia voidaan määrittää. Kapustinskii-yhtälön avulla saadaan hilaenergiasta karkea arvio, joka voi poiketa huomattavastikin kokeellisesta arvosta.[2][3] Kapustinskii-yhtälö on muotoa[2]

missä

ν on ionien kokonaismäärä ioniyhdisteissä
r0 on ionien välinen etäisyys pikometreinä

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Steven S. Zumdahl, Susan A. Zumdahl: Chemistry, s. 353–357. 8. painos. Brooks Cole, 2008. ISBN 978-0-495-82992-8. (englanniksi)
  2. a b c d Geoff Rayner-Canham & Tina Overton: Descriptive Inorganic Chemistry, s. 116–124. 5th Edition. W. H. Freeman and Company, 2006. ISBN 978-1-4292-2434-5. (englanniksi)
  3. a b c d Catherine E. Housecroft, A. G. Sharpe: Inorganic chemistry, s. 152–158. Pearson Education, 2007. ISBN 9780131755536. (englanniksi)