Цикл Борна – Габера - это подход к анализу реакции энергии. Он был назван в честь двух немецких ученых Макса Борна и Фрица Хабера, которые разработали его в 1919 году. Он был также независимо сформулирован Казимиром Фаянсом и опубликованы одновременно в том же номере того же журнала. Цикл связан с образованием ионного соединения в результате реакции металла (часто элемента Группы I или Группы II ) с галогеном или другим неметаллическим элементом, таким как кислород.
Циклы Борна – Габера используются в первую очередь как средство расчета энергии решетки (или, точнее, энтальпия ), которую иначе нельзя измерить напрямую. энтальпия решетки - это изменение энтальпии, участвующее в образовании ионного соединения из газообразных ионов (экзотермический процесс ), или иногда определяемое как энергия разрушения ионное соединение в газообразные ионы (эндотермический процесс ). Цикл Борна – Габера применяет закон Гесса для расчета энтальпии решетки путем сравнения стандартного изменения энтальпии образования ионного соединения (из элементов) с энтальпией, необходимой для образования газообразных ионов. из элементов .
Последний расчет сложен. Чтобы получить газообразные ионы из элементов, необходимо распылить элементы (превратить каждый в газообразные атомы), а затем ионизировать атомы. Если элемент обычно представляет собой молекулу, мы сначала должны учитывать ее энтальпию диссоциации связи (см. Также энергию связи ). Энергия, необходимая для удаления одного или нескольких электронов для образования катиона, представляет собой сумму последовательных энергий ионизации ; например, энергия, необходимая для образования Mg, - это энергия ионизации, необходимая для удаления первого электрона из Mg, плюс энергия ионизации, необходимая для удаления второго электрона из Mg. Сродство к электрону определяется как количество энергии, высвобождаемой при добавлении электрона к нейтральному атому или молекуле в газообразном состоянии с образованием отрицательного иона.
Цикл Борна – Габера применяется только к полностью ионным твердым веществам, таким как определенные галогениды щелочных металлов. Большинство соединений включают ковалентные и ионные вклады в химические связи и в энергию решетки, которая представлена расширенным термодинамическим циклом Борна-Габера. Расширенный цикл Борна – Габера можно использовать для оценки полярности и атомных зарядов полярных соединений.
Энтальпия образования Фторид лития (LiF) из его элементов, лития и фтора в их стабильных формах, моделируется на диаграмме в пять этапов:
Тот же расчет применяется для любого металла, кроме лития, или любого неметалла, кроме фтора.
Сумма энергий для каждой стадии процесса должна равняться энтальпии образования металла и неметалла, .
Чистая энтальпия образования и первые четыре из пяти энергий могут быть определены экспериментально, но энергия решетки не может быть измерена напрямую. энергия решетки рассчитывается путем вычитания четырех других энергий цикла Борна – Габера из чистой энтальпии образования.
Слово цикл относится к тому факту, что можно также приравнять к нулю общее изменение энтальпии для циклического процесса, начинающегося и заканчивающегося LiF (s) в примере. Это приводит к
, что эквивалентно предыдущему уравнению.
Когда Na является твердым веществом, а Br 2 является жидкостью, теплота испарения добавляется к уравнению: