Энтальпия кристаллической решетки

Тепловые эффекты различных процессов

Мы рассмотрели тепловые эффекты химических реакций, а также изменение энтальпии, происходящие при возникновении и разрушении химических связей. Однако изменениями энтальпии сопровождаются также процессы растворения, перехода вещества из одной фазы в другую, обмен веществ в живом организме и многие другие. Рассмотрим некоторые из них.

Стандартной энтальпией решетки называется изменение энтальпии, которым сопровождается образование 1 моль твердого ионного соединения из входящих в него ионов в их газообразном состоянии при стандартных условиях.

Энтальпии решетки не поддаются экспериментальному измерению, но могут быть рассчитаны с помощью закона Гесса с использованием величин, которые могут быть измерены. В качестве примера рассмотрим кристаллическую решетку хлорида натрия. Рассмотрим, как это мы делали ранее (1.4.2), образование решетки NaCl двумя путями:

Путь А: Реакция образования NaCl из простых веществ:

Na_(тв) + 1/2 Cl_2(г) = NaCl_(тв) ; DН^о_А,м = - 411 кДж/моль

Величина DН^о_А,м – есть не что иное как стандартная теплота образования NaCl.

Путь В: Состоит из пяти стадий, одной из которых является образование решетки из входящих в нее ионов в их газообразном состоянии, т.е. интересующий нас процесс.

Стадия В₁: Na_(тв) ® Na_(г); DН^о_ВОЗГ = 108 кДж/моль. Это процесс перехода натрия из твердого состояния в газообразное, называемый возгонкой (сублимацией).

Стадия В₂: Na_(г) ® Na⁺_(г) + ; DН^о_ИОНИЗ = 495 кДж/моль

Это процесс ионизации атома натрия, величина DН^о_ИОНИЗ равна энергии ионизации натрия.

Стадия В₃: 1/2 Cl_{2 (г)} ® Cl_(г) ; DН^о_ДИС = 122 кДж/моль

Это процесс диссоциации молекулы хлора. Величина DН^о_ДИС равна половине энергии связи Cl – Cl.

Стадия В₄: Cl_(г) + ® Cl^–_(г) ; DН^о_{ЭЛ. СР} = - 360 кДж/моль.

Это процесс ионизации хлора. Величина DН^о_ЭЛ.СР соответствует энергии сродства к электрону хлора.

Стадия В₅: Na⁺_(г) + Cl^– _(г) ® NaCl_(тв); DН^о_КР.РЕШ = ?

DН^о_КР.РЕШ – это искомая стандартная энтальпия решетки NaCl. По закону Гесса:

DН^о_А,м = DН^о_ВОЗГ+DН^о_ИОНИЗ + DН^о_ДИС + DН^о_ЭЛ.СР + DН^о_КР.РЕШ

Тогда: DН^о_КР.РЕШ=-411-(108+495+122-360) кДж/моль=-776кДж/моль

Мы указывали выше, что процесс разрыва связей всегда является эндотермическим, а образование связей сопровождается выделением энергии. Энтальпия кристаллической решетки всегда соответствует образованию связей и потому DН < 0. В таблице 1.1 приведены энергии решетки для некоторых соединений.