Estabilidad de sistemas iónicos utilizando ciclos de Born Haber

La entalpía estándar de sublimación es el cambio de entalpía que ocurre cuando un mol de sustancia en estado sólido se convierte directamente al estado gaseous. Esta conversión debe tener lugar a temperatura y presión constantes. Se expresa en kilojulios por mol.

La Enthalpy de sublimación es siempre mayor que la entalpía de fusión y la entalpía de vaporización. De hecho, la entalpía de sublimación es igual a la suma de la entalpía de fusión y la entalpía de vaporización. La Enthalpy de sublimación del dióxido de carbono es 32,3 kj/mol.

La entalpía estándar de evaporación es la cantidad de energía necesaria para convertir un mol de sustancia en estado líquido en estado gaseous a temperatura y presión constantes. Se expresa en kilojulios por mol. También se conoce como calor de vaporización. La Enthalpy de evaporación de acetona es 31,3 kj/mol.

La entalpía estándar de fusión es el cambio de entalpía que resulta al proporcionar la energía necesaria para convertir un mol de una sustancia en estado sólido al estado líquido. El término fusión significa derretimiento. La temperatura a la que se produce la transición de sólido a líquido es el punto de fusión. No hay cambios de temperatura durante el proceso.

Por ejemplo, la Enthalpy de fusión del hielo es 6,02 kj/mol. Esto significa que se requieren seis coma cero dos kilojulios por mol de calor para convertir un mol de hielo en líquido en el punto de fusión de cero grados Celsius. La entalpía estándar de fusión del cloruro de sodio es de veintiocho coma ocho kilojulios por mol (28,8 kJ/mol).

En química, atomización significa romper los enlaces entre los átomos de un compuesto para convertirlo en átomos individuales en estado gaseous. Entonces, ¿cuál es la entalpía de atomización? La entalpía estándar de atomización es el cambio de entalpía cuando un elemento en su estado estándar se atomiza para producir un mol de átomos en estado gaseous. Se denota por ΔatH.

Por ejemplo, la entalpía estándar de atomización del hidrógeno es 218 kj/mol.

La Enthalpy de primera ionización es el cambio de entalpía cuando se elimina el primer electrón de la capa de valencia de un átomo gaseous aislado. El cambio de entalpía ocurre cuando se elimina un mol de electrones de un mol de átomos gaseous aislados. Recuerde que de cada átomo gaseous aislado sólo se elimina el primer electrón de valencia. Así es como se calcula la entalpía estándar de primera ionización. Se expresa en kilojulios por mol.

La entalpía de ionización estándar del sodio es 496 kj/mol. Esto significa que se absorben cuatrocientos noventa y seis kilojulios de entalpía cuando se elimina un mol de electrones de un mol de átomos gaseous aislados. Esta es la primera entalpía de ionización del sodio.

El cambio de entalpía cuando se agrega un electrón a un átomo gaseous aislado se llama Enthalpy de ganancia de electrones. Cuando se agrega un electrón a un átomo gaseous aislado, se libera o se absorbe energía. Cuando un mol de átomos gaseous aislados gana un electrón, se calcula el cambio de entalpía durante el proceso. Este cambio de entalpía se llama entalpía estándar de ganancia de electrones.

La entalpía estándar de ganancia de electrones del oxígeno es -141 kj/mol. Como podemos ver, para la adición de otro electrón a O⁻El cambio de entalpía es positivo. Esto se debe a la repulsión entre electrones debido al aumento del número de electrones. Aparte de eso, después de agregar un electrón a un átomo gaseous aislado, agregar otro electrón requiere energía.

El cambio de entalpía cuando un mol de un compuesto iónico se disocia en sus iones en fase gaseous se denomina entalpía reticular estándar de un compuesto iónico. También podemos definir la entalpía reticular como el cambio de entalpía cuando se forma un mol de compuesto iónico a partir de sus iones gaseous. El cambio de Enthalpy cuando un mol de un compuesto iónico se disocia en sus iones se denomina entalpía reticular de disociación. El cambio de Enthalpy cuando se forma un mol de un compuesto iónico a partir de sus iones gaseous se denomina enthalpy of formation.

En la ilustración dada, el cloruro de sodio se disocia en sus iones en estado gaseous. Estos iones son el ion sodio y el ion cloruro. Su entalpía reticular estándar de disociación es 787 kj/mol. La enthalpy of formation del cloruro de sodio es -787 kj/mol.

La entalpía reticular no se puede medir directamente. Para calcular la entalpía reticular, utilizamos el ciclo de Born-Haber. En el ciclo de Born-Haber utilizamos la Ley de Hess para calcular la entalpía reticular de los compuestos iónicos. Debe estar familiarizado con la enthalpy of formation, la entalpía de ionización, la entalpía de atomización, la afinidad electrónica, la entalpía de disociación y la entalpía reticular. Como hemos discutido todos estos términos, ahora procederemos al cálculo de la entalpía reticular del cloruro de sodio utilizando el ciclo de Born-Haber.

En la ilustración dada, podemos ver que se dibuja un ciclo que muestra todas las entalpías mencionadas. El primer paso muestra la enthalpy of formation del cloruro de sodio a partir de sus constituyentes en su estado elemental. Estos constituyentes son sodio en estado sólido y cloro en estado gaseous. La Enthalpy de formación del cloruro de sodio es -410,9 kj/mol.

El segundo paso indica la formación de átomos de sodio y átomos de cloro en estado gaseous. Entonces calcularemos la entalpía de atomización del sodio, que es un metal, y la entalpía de disociación del cloro, que es un no metal. La Enthalpy de atomización del sodio es 107 kj/mol. La Enthalpy de atomización del cloro es 122 kj/mol.

El tercer paso indica la formación de iones sodio y iones cloruro en estado gaseous a partir de átomos de sodio y átomos de cloro en estado gaseous. Determinaremos la energía de ionización del sodio y la afinidad electrónica del cloro. Esto se debe a que se eliminan electrones del sodio para formar el ion sodio. Y se añade un electrón al cloro para formar el ion cloruro. La entalpía de ionización del sodio es 495 kj/mol | positivo cuatro nueve cinco kilojulios por mol. La entalpía de afinidad electrónica del cloro es -349 kj/mol.

El cuarto paso indica la formación de cloruro de sodio a partir de sus iones gaseous. Como sabemos, el cambio de entalpía que ocurre cuando se forma un compuesto iónico a partir de sus iones gaseous se denomina entalpía reticular estándar. Calcularemos ahora esta entalpía reticular. Como podemos observar en la ilustración, el sodio y el cloro en su estado elemental se convierten en cloruro de sodio sólido en el primer paso. Alternativamente, el sodio y el cloro en su estado elemental primero se atomizan, luego se ionizan y luego se convierten en cloruro de sodio sólido pasando por una serie de pasos.

Podemos decir que el primer paso es igual a la suma del segundo paso, el tercer paso y el cuarto paso. Más precisamente, podemos decir que la enthalpy of formation es igual a la suma de la entalpía de atomización, la energía de ionización del metal y la afinidad electrónica del no metal y la entalpía reticular del cloruro de sodio. Reorganizando la fórmula dada en la ilustración podemos encontrar la entalpía reticular del compuesto iónico.

En la ilustración se calcula la entalpía reticular del cloruro de sodio. La enthalpy of formation del cloruro de sodio es -785,9 kj/mol.