Chương 12 : CÁC HỆ NGƯNG TỤ, LIÊN KẾT VÀ CẤU TRÚC PHÂN TỬ
Công thức Born - Landé là công thức nữa lý thuyết, nữa thực nghiệm (hệ số Born n : thực nghiệm) mà lại phức tạp, nên Kapustinski bằng kinh nghiệm đã đưa ta công thức đơn giản hơn : U = - 256,1
Z c Z a Σv rc + ra
(Kcal/mol)
Với :
256,1 : hằng số kinh nghiệm Zc, Za : lần lượt là điện tích của cation và anion Σv : tổng số ion trong một đơn vị công thức (như trong CaF2 thì Σv = 1+ 2 = 3) rc, ra : bán kính cation và anion. 12.5.2.3 Chu trình Born - Haber Sự xác định trực tiếp năng lượng mạng tinh thể U bằng thực nghiệm hầu như không thể được. Born và Haber đề nghị xác định U bằng cách thiết lập một chu trình (biến đổi kín), sao cho hiệu ứng nhiệt ∆H trong từng giai đoạn có thể xác định được, từ đó nhờ nguyên lý I của nhiệt động học (sẽ nghiên cứu trong sau, trong phần lý thuyết các quá trình hóa học) ta có thể tính được U. Thí dụ như xác định U của NaCl -
Na+(h) + Cl (h) U
I
NaCl (tinh thể) − ∆H NaCl
A Na (h) + Cl (k) 1 D 2
S Na(r) +
Theo định luật bảo toàn năng lượng : − ∆H NaCl = U + S +
1 Cl2 (k) 2
1 D +I+A 2
Với
U : năng lượng mạng tinh thể ∆H NaCl : sinh nhiệt của NaCl (là lượng nhiệt toả ra khi tạo thành 1 mol NaCl đi từ các đơn chất ở điều kiện tiêu chuẩn) S : nhiệt thăng hoa của Na D : năng lượng phân li của Cl2 A : ái lực điện tử của Cl I : Thế ion hoá của Na 12.5.2.4.Tính chất của tinh thể ion Trong tinh thể ion các đơn vị cấu trúc là các ion và liên kết giữa chúng là liên kết ion - là loại liên kết mạnh, nên nó có một số tính chất : - Dễ tan trong dung môi phân cực (như nước) - Độ sôi và độ nóng chảy cao, vì cần phải tốn nhiều năng lượng để phá vở mạng tinh thể, ta dễ dàng thấy rằng khi U càng lớn thì độ sôi và độ nóng chảy càng cao. - Ở trạng thái rắn, hợp chất ion không dẫn điện vì các electron được định cư cho từng ion, không lan toả khắp tinh thể (khác với kim loại), còn khi ở trạng thái nóng chảy hoặc trong dung dịch, nó tồn tại dưới dạng ion - hạt mang điện tích lại linh động nên dẫn điện được. 12.6.Tinh thể kim loại 12.6.1.Cấu trúc của tinh thể kim loại Một mảnh kim loại thật là tập hợp của rất nhiều tinh thể hạt được sắp xếp theo những hướng khác nhau. Trong một hạt tinh thể (tinh thể rất bé) mới có sự sắp xếp lý tưởng như trong cấu trúc tinh thể đã mô tả ở trước. Trong cấu trúc tinh thể kim loại có các đặc tính : - Các đơn vị cấu trúc (nút mạng) giống y như nhau - Lực liên kết trong kim loại không định hướng - Các nguyên tử kim loại đều có AOs hoặc AOp còn trống nên có thể phủ lên nhau càng nhiều càng tốt để cho năng lượng cực tiểu. 98
HÓA ĐẠI CƯƠNG 1