晶格能

晶格能是指在標準狀況下，使離子晶體變成氣態正離子和氣態負離子時所吸收的能量，它是度量晶格穩定性的參數。影響晶格能大小的因素有離子半徑、離子電荷以及離子的電子層構型等.電荷高、半徑小的離子，其晶格能大。

基本介紹

• 中文名：晶格能
• 外文名：Lattice Energy
• 又叫：點陣能
• 離子半徑：離子半徑增大鹵化物晶格能降低
• 拼音：jīng gé néng
• 學科：結晶學

定義

晶格能也可以說是破壞1mol晶體，使它變成完全分離的氣態自由離子所需要消耗的能量（H為正）。標準狀況下，拆開單位物質的量的離子晶體使其變為氣態組分離子所需吸收的能量，稱為離子晶體的晶格能。

公式

用化學反應式表示時，相當於下面反應式的焓變的值。

M_aX_b(s) →aM^z+（g）+bX^z-（g） U=ΔH

計算方法

晶格能的數值有兩個來源：

第一是理論計算值。它是根據離子晶體模型，考慮其中任一離子跟周圍異號離子間的吸引作用，以及跟其他同號離子間的排斥作用推導出下列近似公式計算得到的。

式中N_A是阿伏伽德羅常數，Z是離子價數，r₀是一對離子間的平均距離，M是跟晶格類型有關的馬德隆常數，ε₀是真空電容率（8.85419×10^-12庫^-2·牛^-1·米^-2），n為伯恩常數，它的值可取5~12。例如，氯化鈉晶體的Z⁺=Z^-=1，r₀=2.814×10^-10m，M=1.7476，n=8，代入上述公式可得U=755kJ/mol。

第二是熱化學實驗值。設計一個熱化學循環，然後根據實驗測得的熱化學量（如生成熱、升華熱、離解熱、電離能、電子親合勢）進行計算。

穩定性

離子化合物都有較高的熔點和沸點，這是和它們離子晶體有很大的晶格能有關。由於U_MgO>U_NaF，MgO的熔點（2800℃）比NaF的熔點（988℃）高得多。

晶格能的大小決定離子晶體的穩定性，用它可以解釋和預言離子晶體的許多物理和化學性質。例如，根據晶格能大小可以求得難以從實驗測出的電子親和勢，可以求得離子化合物的溶解熱，並能預測溶解時的熱效應。

晶格能越大，表示離子鍵越強，晶體越穩定。

晶格能越大，熔化或破壞離子晶體時消耗的能量就越大，相應的熔點就越高，硬度就較大。亞銅離子為18電子構型，鈉離子為8電子構型，亞銅離子的極化作用大於鈉離子，所以共價鍵成分更多，晶格能更小，熔沸點更低。因此Cu₂S<Na₂S。

影響因素

影響晶格能大小的因素主要是離子半徑、離子電荷以及離子的電子層構型等。

離子半徑

例如，隨著鹵離子半徑增大，鹵化物的晶格能降低。

離子電荷

高價化合物的晶格能遠大於低價離子化合物的晶格能，如U_TiN>U_MgO>U_NaCl。

電子構型

Cu⁺和Na⁺半徑相近、離子電荷相同，但Cu⁺是18電子構型，對陰離子會產生極化作用，因此^UCu₂S<^UNa₂S。

注意事項

1. 只有氣態的離子化合為產物時才可以討論晶格能。
2. 晶格能永遠是正數：由於晶格能的定義強調了離子鍵的形成，而不是離子鍵的破裂，因此反應永遠是放熱反應。
3. 由於能量守恆定律與熱力學第二定律的原因，晶格能越大表示該離子化合物越穩定，晶格內的離子鍵越強。