Siklus Born-Haber

Pada tahun 1917, Lahir dan Haber diusulkan siklus termodinamika untuk menghitung energi kisi zat ionik (( Δ E _Purn ). Perhitungan dilakukan sesuai dengan Hukum Hess. Dalam siklus ini, reaksi heterogen dipertimbangkan untuk sintesis garam.

1. A) Untuk senyawa jenis MX (misalnya: NaCl, KBr, CsI dll ): 
2. b) Untuk senyawa tipe MX ₂ (misalnya CaF ₂ , MgBr ₂ ):

Dengan pengecualian Δ E _ret , semua nilai-nilai lain ditabulasikan atau dapat diperoleh secara eksperimental. Entalpi yang ditunjukkan menunjukkan:

• Δ H ^atau _f = entalpi standar pembentukan padat ionik. Entalpi pembentukan standar suatu zat adalah kalor (pada tekanan konstan) yang dilepaskan atau dikonsumsi dalam pembentukan 1 mol zat dari zat sederhana dalam keadaan standar (keadaan fisika dan alotropik lebih stabil pada 298 K dan 1 atm). Berdasarkan konvensi, zat unsur memiliki entalpi standar sama dengan nol.
• Δ H ^atau _sub = entalpi sublimasi (atau menguap) dari logam.
• E _dis = energi disosiasi – energi yang dibutuhkan untuk memisahkan (X ₂ → 2X) 1 mol molekul gas. Disebut juga energi atomisasi.
• Δ H _PI = potensial ionisasi.
• Δ H _AE = variasi entalpi yang berhubungan dengan proses afinitas elektron (AE) (elektro-afinitas energi)

Agar ada pembentukan natrium klorida, transfer elektron (reaksi redoks) harus terjadi. Siklus Born-Haber mencoba menunjukkan energi tahap-tahap yang terlibat dalam reaksi antara zat-zat dalam bentuk unsurnya. Dalam kasus khusus natrium klorida, transfer elektron terjadi dari padatan ke klorin.

Tahapan yang ditunjukkan dalam siklus Born-Haber untuk NaCl adalah sebagai berikut:

1. Reaksi heterogen pembentukan garam dari zat sederhana. Na _(s) + ½ Cl _{2 (g)} → NaCl _(s) ( Δ H ^atau _f = -411,1 kJ / mol).  
2. Penguapan (sublimasi) padatan logam, yang padat pada suhu kamar. Na _(s) → Na _(g) ( Δ H ^atau _sub = 107,8 kJ / mol).  

1. Disosiasi (pemutusan homogen) dari molekul biatomik Cl ₂ , menghasilkan atom klorin. Cl-Cl _(g) → 2 Cl _(g) (E _dis = +121 kJ / mol). Jadi, 1/2 E _dis = 119,9 kj / mol. 

1. Ionisasi natrium dalam fase gas. Na _(g) → Na ⁺ _(g) + 1e ( Δ H _PI = 495,4 kJ / mol).

1. Pembentukan Cl ^– dalam fase gas. Afinitas elektronik dan energi yang dilepaskan oleh penambahan elektron ke atom dalam keadaan gas. Cl _(g) + 1e → Cl ^– _(g) ( Δ H _AE = -348,8 kJ / mol). 

1. Pembentukan pasangan ion dalam fase gas [Na ⁺ Cl ^– ], berdasarkan gaya tarik elektrostatik. Keseimbangan antara tarik-menarik dan tolakan elektrostatik menyebabkan pembentukan jarak kesetimbangan interionik, membuat sistem lebih stabil daripada ion terisolasi. Pasangan ini dalam bentuk gas, tetapi di bawah gaya tarik elektrostatik yang diberikan pada semua ion, himpunan pasangan meningkat. Dengan cara ini, pertemuan dan superposisi pasangan mulai terjadi, sampai terbentuk satu kelompok yang akan membentuk padatan kristal makroskopik tiga dimensi, dengan geometri yang pasti dan stabil. Stabilitas dicapai karena pengurangan energi dari sistem yang terikat, yang disebabkan oleh pelepasan energi: energi kisi ( Δ E _ret ). Jadi Δ E _ret dapat dianggap sebagai ukuran energi (atau kekuatan) dari ikatan ionik. Oleh karena itu, menurunkan nilai Δ E _ret , semakin tinggi energi yang dilepaskan pada tahap ini, lebih stabil kisi kristal. Dalam kasus NaCl, menggunakan Hukum Hess, kita memiliki E _ret = -785.4 kj / mol. Pembentukan senyawa ionik lainnya terjadi dengan cara yang analog dengan yang diusulkan untuk NaCl, dengan jelas menghormati kekhasan setiap siklus dan stoikiometri garam. 

Energi potensial total adalah jumlah semua energi yang terlibat dalam tahapan. Oleh karena itu, energi kisi menyatakan gaya yang dengannya partikel-partikel padatan kristal terikat bersama dan bergantung pada intensitas gaya interaksi antara ion dan geometri kisi. Semakin kecil jarak interionik kation-anion, semakin besar gaya tarik menarik antara muatan yang berlawanan.

Penampilan Mari kita lihat tabel berikut, dengan beberapa nilai untuk Δ E _ret . 

Alhasil:

• Pembentukan ion gas dari zat sederhana melibatkan peningkatan energi potensial yang dihasilkan:
• Kondensasi ion untuk membentuk padatan ionik menyebabkan penurunan energi potensial yang sesuai dengan energi kisi:
• Semakin kecil jarak interionik kation-anion, semakin besar gaya tarik:
• Akibatnya, kurang (atau lebih besar dalam modulus) adalah nilai Δ E _ret . Dengan demikian, stabilitas kisi kristal semakin besar.

Kemungkinan terbentuknya senyawa ionik dari unsur-unsurnya terjadi apabila penurunan energi potensial lebih besar daripada peningkatan. Dengan kata lain, garam hanya akan mengkristal jika ada pelepasan energi dalam pembentukannya. Dengan demikian, energi jaringan eksotermik perlu lebih besar daripada kombinasi endotermik dari faktor-faktor yang terlibat dalam pembentukan ion dalam fase gas. Jika tidak, senyawa ionik tidak terbentuk, atau membentuk kisi kristal yang tidak stabil.