استقرار الأنظمة الأيونية باستخدام دورات بورن هابر

إن إنثالبي التسامي القياسي هو التغير في الإنثالبي الذي يحدث عندما يتحول مول واحد من المادة في الحالة الصلبة مباشرة إلى الحالة gaseous. يجب أن تتم هذه التحويلات عند درجة حرارة وضغط ثابتين. يتم التعبير عنها بالكيلو جول لكل مول.

تكون Enthalpy التسامي دائمًا أكبر من حرارة الاندماج وحرارة التبخر. في الواقع، إنثالبي التسامي يساوي مجموع إنثالبي الانصهار وإنثالبي التبخر. تبلغ Enthalpy التسامي لثاني أكسيد الكربون 323 كيلوجول/مول.

إن إنثالبي التبخر القياسي هو كمية الطاقة اللازمة لتحويل مول واحد من المادة في الحالة السائلة إلى الحالة gaseous عند درجة حرارة وضغط ثابتين. يتم التعبير عنها بالكيلو جول لكل مول. وتعرف أيضًا باسم حرارة التبخر. Enthalpy تبخر الأسيتون 313 كيلوجول/مول.

إن إنثالبي الاندماج القياسي هو التغير في الإنثالبي الناتج عن توفير الطاقة اللازمة لتحويل مول واحد من مادة في الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة. مصطلح الاندماج يعني الذوبان. درجة الحرارة التي يحدث عندها التحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة هي نقطة الانصهار. لا يوجد تغيير في درجة الحرارة أثناء العملية.

على سبيل المثال، تبلغ Enthalpy اندماج الجليد 602 كيلوجول/مول. وهذا يعني أن ستة فاصل اثنين كيلو جول لكل مول من الحرارة مطلوبة لتحويل مول واحد من الجليد إلى سائل عند نقطة انصهار صفر درجة مئوية. إنثالبي اندماج كلوريد الصوديوم القياسي هو ثمانية وعشرون فاصلة ثمانية كيلو جول لكل مول (288 كيلو جول/مول).

في الكيمياء، تعني الذرة كسر الروابط بين ذرات المركب لتحويله إلى ذرات فردية في الحالة gaseous. فما هي إنثالبية الذرة؟. إن إنثالبي التذرير القياسي هو التغير في إنثالبي التذرير عندما يتم ذرّ عنصر في حالته القياسية لإنتاج مول واحد من الذرات في الحالة gaseous. يتم الإشارة إليه بواسطة ΔatH.

على سبيل المثال، تبلغ القيمة القياسية لتحلل الهيدروجين 218 كيلوجول/مول.

Enthalpy التأين الأول هو التغير في المحتوى الحراري عندما تتم إزالة أول الإلكترونات من غلاف التكافؤ للذرة gaseous المعزولة. يحدث التغير في المحتوى الحراري عندما تتم إزالة مول واحد من الإلكترونات من مول واحد من الذرات gaseous المعزولة. تذكر أنه من كل ذرة gaseous معزولة يتم إزالة إلكترون التكافؤ الأول فقط. هذه هي الطريقة التي يتم بها حساب المحتوى الحراري القياسي للتأين الأول. يتم التعبير عنها بالكيلو جول لكل مول.

إنثالبي التأين القياسي للصوديوم هو 496 كيلوجول/مول. وهذا يعني أنه يتم امتصاص أربعمائة وستة وتسعين كيلو جول من المحتوى الحراري عندما يتم إزالة مول واحد من الإلكترونات من مول واحد من الذرات gaseous المعزولة. هذه هي إنثالبي التأين الأول للصوديوم.

يُطلق على التغير في المحتوى الحراري عند إضافة إلكترون إلى ذرة gaseous معزولة اسم Enthalpy لكسب الإلكترون. عندما يتم إضافة إلكترون إلى ذرة gaseous معزولة، يتم إطلاق الطاقة أو امتصاصها. عندما يكتسب مول واحد من الذرات gaseous المعزولة إلكترونًا، يتم حساب التغير في المحتوى الحراري أثناء العملية. يُطلق على هذا التغير في المحتوى الحراري اسم المحتوى الحراري القياسي لكسب الإلكترون.

إنثالبي قياسي لاكتساب الإلكترون في الأكسجين هو -141 كيلوجول/مول. كما نرى، لإضافة إلكترون آخر إلى O⁻التغير في المحتوى الحراري إيجابي. وهذا بسبب التنافر بين الإلكترونات بسبب زيادة عدد الإلكترونات. وبالإضافة إلى ذلك، بعد إضافة إلكترون واحد إلى ذرة gaseous معزولة، فإن إضافة إلكترون آخر يتطلب طاقة.

يُطلق على التغير في المحتوى الحراري عندما يتفكك مول واحد من مركب أيوني إلى أيوناته في الطور gaseous اسم المحتوى الحراري الشبكي القياسي للمركب الأيوني. يمكننا أيضًا تعريف المحتوى الحراري للشبكة على أنه تغير المحتوى الحراري عندما يتكون مول واحد من المركب الأيوني من أيوناته gaseous. يُطلق على تغير Enthalpy عندما يتفكك مول واحد من مركب أيوني إلى أيوناته اسم المحتوى الحراري للتفكك الشبكي. يُطلق على تغير Enthalpy عندما يتكون مول واحد من مركب أيوني من أيوناته gaseous اسم enthalpy of formation الشبكي.

في الرسم التوضيحي الموضح، يتفكك كلوريد الصوديوم إلى أيوناته في الحالة gaseous. هذه الأيونات هي أيون الصوديوم وأيون الكلوريد. تبلغ قيمة إنثالبي التفكك القياسية لشبكتها 787 كيلوجول/مول. enthalpy of formation كلوريد الصوديوم هو -787 كيلوجول/مول.

لا يمكن قياس المحتوى الحراري للشبكة بشكل مباشر. لحساب المحتوى الحراري للشبكة، نستخدم دورة بورن-هابر. في دورة بورن-هابر نستخدم قانون هيس لحساب المحتوى الحراري للشبكة للمركبات الأيونية. يجب أن تكون على دراية بـ enthalpy of formation، إنثالبي التأين، إنثالبي الذرة، تقارب الإلكترون، إنثالبي التفكك وإنثالبي الشبكة. وبعد أن ناقشنا كل هذه المصطلحات، سننتقل الآن إلى حساب المحتوى الحراري لشبكة كلوريد الصوديوم باستخدام دورة بورن-هابر.

في الرسم التوضيحي الموضح، يمكننا أن نرى أنه تم رسم دورة تُظهر جميع المحتوىات الحرارية المذكورة. الخطوة الأولى توضح enthalpy of formation كلوريد الصوديوم من مكوناته في حالتها العنصرية. تتكون هذه المكونات من الصوديوم في الحالة الصلبة والكلور في الحالة gaseous. Enthalpy تكوين كلوريد الصوديوم هو -4109 كيلوجول/مول.

الخطوة الثانية تشير إلى تكوين ذرات الصوديوم وذرات الكلور في الحالة gaseous. لذلك سوف نحسب إنثالبي ذرة الصوديوم وهو معدن و إنثالبي تفكك الكلور وهو لا معدن. Enthalpy إنثالبي ذرة الصوديوم 107 كيلوجول/مول. تبلغ Enthalpy إنثالبي ذرة الكلور 122 كيلوجول/مول.

الخطوة الثالثة تشير إلى تكوين أيونات الصوديوم وأيونات الكلوريد في الحالة gaseous من ذرات الصوديوم وذرات الكلور في الحالة gaseous. سنقوم بتحديد طاقة التأين للصوديوم والتقارب الإلكتروني للكلور. يرجع ذلك إلى إزالة الإلكترون من الصوديوم لتكوين أيون الصوديوم. ويتم إضافة الإلكترون إلى الكلور لتكوين أيون الكلوريد. إنثالبي تأين الصوديوم هو 495 كيلوجول/مول | موجب أربعة تسعة خمسة كيلوجول لكل مول. إنثالبي التقارب الإلكتروني للكلور هو -349 كيلوجول/مول.

الخطوة الرابعة تشير إلى تكوين كلوريد الصوديوم من أيوناته gaseous. كما نعلم أن التغير في المحتوى الحراري الذي يحدث عندما يتكون مركب أيوني من أيوناته gaseous يسمى المحتوى الحراري للشبكة القياسية. سنقوم الآن بحساب محتوى الشبكة هذا. كما يمكننا أن نلاحظ في الرسم التوضيحي أن الصوديوم والكلور في حالتهما العنصرية يتحولان إلى كلوريد الصوديوم الصلب في الخطوة الأولى. وبدلاً من ذلك، يتم أولاً تفتيت الصوديوم والكلور في حالتهما العنصرية، ثم تأينهما ثم تحويلهما إلى كلوريد الصوديوم الصلب من خلال المرور بسلسلة من الخطوات.

يمكننا القول أن الخطوة الأولى تساوي مجموع الخطوة الثانية والخطوة الثالثة والخطوة الرابعة. وبصورة أدق، يمكننا القول أن enthalpy of formation يساوي مجموع إنثالبي الذرة وطاقة التأين للمعدن وتقارب الإلكترونات لللامعدن وإنثالبي الشبكة لكلوريد الصوديوم. من خلال إعادة ترتيب الصيغة المعطاة في الرسم التوضيحي، يمكننا إيجاد المحتوى الحراري للشبكة للمركب الأيوني.

لذلك يتم حساب إنثالبي الشبكة لكلوريد الصوديوم في الرسم التوضيحي. enthalpy of formation كلوريد الصوديوم -7859 كيلوجول/مول.