ボルン・ハーバーサイクルを用いたイオン系の安定性

標準昇華エンタルピー。標準蒸発エンタルピー。標準融解エンタルピー。標準原子化エンタルピー。標準第一イオン化エンタルピー。標準電子エンタルピー利得。イオン化合物の標準格子エンタルピー。ハーバーサイクル誕生。

標準昇華エンタルピーは、固体状態の物質 1 モルが直接gaseous状態に変換されるときに発生するエンタルピー変化です。この変換は一定の温度と圧力で行われる必要があります。キロジュール/モルで表されます。

昇華Enthalpyは、融解エンタルピーや蒸発エンタルピーよりも常に大きくなります。実際、昇華エンタルピーは融解エンタルピーと蒸発エンタルピーの合計に等しくなります。二酸化炭素の昇華Enthalpyは323kj/molです。

標準蒸発エンタルピーは、一定の温度と圧力で液体状態の物質 1 モルをgaseous状態に変換するために必要なエネルギーの量です。キロジュール/モルで表されます。気化熱としても知られています。アセトンの蒸発Enthalpyは313 kj/molです。

標準融解エンタルピーは、固体状態の物質 1 モルを液体状態に変換するために必要なエネルギーを提供することによって生じるエンタルピー変化です。融合という用語は溶解を意味します。固体から液体への変化が起こる温度が融点です。処理中に温度変化はありません。

たとえば、氷の融解Enthalpyは 602 kj/mol です。これは、融点が 0 ℃ のときに 1 モルの氷を液体に変えるには、1 モルあたり 602 キロジュールの熱が必要であることを意味します。塩化ナトリウムの標準融解エンタルピーは、1モルあたり288キロジュール（288 kj/mol）です。

化学において、原子化とは、化合物の原子間の結合を破壊して、gaseous状態の個々の原子に変換することを意味します。では、原子化エンタルピーとは何でしょうか?。標準原子化エンタルピーは、標準状態の元素が原子化されてgaseous状態の原子 1 モルが生成される際のエンタルピーの変化です。これはΔatHで表されます。

たとえば、水素の標準原子化エンタルピーは 218 kj/mol です。

第一イオン化Enthalpyは、孤立したgaseous原子の価電子殻から最初の電子が除去されるときのエンタルピー変化です。エンタルピーの変化は、孤立したgaseous原子 1 モルから電子 1 モルが除去されたときに発生します。それぞれの孤立したgaseous原子からは最初の価電子だけが除去されることを覚えておいてください。これは、第一イオン化の標準エンタルピーを計算する方法です。キロジュール/モルで表されます。

ナトリウムの標準イオン化エンタルピーは496 kj/molです。これは、1 モルの孤立したgaseous原子から 1 モルの電子が除去されると、496 キロジュールのエンタルピーが吸収されることを意味します。これはナトリウムの第一イオン化エンタルピーです。

孤立したgaseous原子に電子が追加されたときのエンタルピー変化を電子増加Enthalpyと呼びます。孤立したgaseous原子に電子が追加されると、エネルギーが放出されるか吸収されます。孤立したgaseous原子 1 モルが電子を獲得すると、そのプロセス中のエンタルピー変化が計算されます。このエンタルピーの変化は、電子増加の標準エンタルピーと呼ばれます。

酸素の標準電子獲得エンタルピーは -141 kj/mol です。ご覧の通り、もう1つの電子を追加すると、 O⁻エンタルピー変化は正です。これは、電子数の増加による電子間の反発のためです。それとは別に、孤立したgaseous原子に電子を 1 つ追加した後、さらに別の電子を追加するにはエネルギーが必要です。

イオン化合物 1 モルがgaseous相でイオンに解離するときのエンタルピー変化を、イオン化合物の標準格子エンタルピーと呼びます。格子エンタルピーは、gaseousイオンから 1 モルのイオン化合物が形成されるときのエンタルピー変化として定義することもできます。 1 モルのイオン化合物がイオンに解離するときのEnthalpy変化を格子解離エンタルピーと呼びます。 1 モルのイオン性化合物がそのgaseousイオンから生成されるときのEnthalpy変化を格子enthalpy of formationと呼びます。

示されている図では、塩化ナトリウムはgaseous状態でイオンに解離しています。これらのイオンはナトリウムイオンと塩化物イオンです。標準格子解離エンタルピーは 787 kj/mol です。塩化ナトリウムの標準格子enthalpy of formationは-787 kj/mol です。

格子エンタルピーを直接測定することはできません。格子エンタルピーを計算するには、ボルン・ハーバーサイクルを使用します。ボルン・ハーバーサイクルでは、ヘスの法則を使用してイオン化合物の格子エンタルピーを計算します。 enthalpy of formation、イオン化エンタルピー、原子化エンタルピー、電子親和力、解離エンタルピー、格子エンタルピーについて理解しておく必要があります。これらすべての用語について説明してきたので、次にボルン・ハーバーサイクルを使用して塩化ナトリウムの格子エンタルピーの計算に進みます。

与えられた図では、言及されたすべてのエンタルピーを示すサイクルが描かれていることがわかります。最初のステップでは、元素状態の成分から塩化ナトリウムのenthalpy of formationを示します。これらの成分は固体のナトリウムとgaseousの塩素です。塩化ナトリウムの生成Enthalpyは -4109 kj/mol です。

2 番目のステップは、gaseous状態でのナトリウム原子と塩素原子の形成を示します。そこで、金属であるナトリウムの原子化エンタルピーと非金属である塩素の解離エンタルピーを計算します。ナトリウムの原子化Enthalpyは107 kj/molです。塩素の原子化Enthalpyは122 kj/molです。

3 番目のステップは、gaseousのナトリウム原子と塩素原子からgaseousのナトリウムイオンと塩化物イオンが形成されることを示しています。ナトリウムのイオン化エネルギーと塩素の電子親和力を決定します。これは、ナトリウムから電子が除去されてナトリウムイオンが形成されるためです。そして塩素に電子が加わって塩化物イオンが作られます。ナトリウムのイオン化エンタルピーは 495 kj/mol | 1 モルあたり正 495 キロジュールです。塩素の電子親和力エンタルピーは -349 kj/mol です。

4 番目のステップは、gaseousイオンから塩化ナトリウムが形成されることを示しています。ご存知のように、イオン化合物がgaseousイオンから形成されるときに発生するエンタルピー変化は、標準格子エンタルピーと呼ばれます。ここでこの格子エンタルピーを計算します。図からわかるように、元素状態のナトリウムと塩素は、最初のステップで固体の塩化ナトリウムに変換されます。あるいは、元素状態のナトリウムと塩素は、まず原子化され、次にイオン化され、一連の手順を経て固体の塩化ナトリウムに変換されます。

最初のステップは、2 番目のステップ、3 番目のステップ、4 番目のステップの合計に等しいと言えます。より正確には、enthalpy of formationは原子化エンタルピー、金属のイオン化エネルギー、非金属の電子親和力、および塩化ナトリウムの格子エンタルピーの合計に等しいと言えます。図に示された式を並べ替えると、イオン化合物の格子エンタルピーを求めることができます。

したがって、塩化ナトリウムの格子エンタルピーは図で計算されます。塩化ナトリウムのenthalpy of formationは -7859 kj/mol です。

化学反応の自発性