Một số lớn các qúa trình tạo thành các muối và các tinh thể có thể được hiểu ra bằng cách xác định năng lượng với các mô hình ion đơn giản trong đó ion có bán kính đơn giản và điện tích của ion đó phải là một số nguyên. Mô hình này được sử dụng để mô tả sự phân ly của các hợp chất ion trong pha khí. Thường các qúa trình phân ly đều dẫn trực tiếp đến các nguyên tử trung hoà nhưng năng lượng phân ly có thể được tính bằng cách ta giả sử có một qúa trình mà trong đó các hợp chất ion bị phân ly ra các ion tự do và tiếp theo là sự trung hoà điện tích. Đó chính là chu trình Born – Haber.
Năng lượng liên kết, ái lực electron và năng lượng ion hóa của các phân tử hai nguyên tử sau được cho sẵn dưới đây:
Năng lượng liên kết của KCl = -464kJ.mol-1
Năng lượng liên kết của NaCl = -423kJ.mol-1
Năng lượng liên kết của MgCl = -406kJ.mol-1
Năng lượng liên kết của CaCl = -429kJ.mol-1
Ái lực electron của Cl = -360kJ.mol-1
Năng lượng ion hóa của Na = +496kJ.mol-1
Năng lượng ion hóa thứ nhất của Ca = +592kJ.mol-1
Năng lượng ion hóa thứ hai của Ca = +1184kJ.mol-1
a) Thiết lập chu trình Born – Haber cho sự phân ly của NaCl thành các nguyên tử và tính năng lượng phân ly của NaCl. Giả thiết rằng liên kết là 100% ion.
b) Thiết lập một chu trình Born – Haber cho sự phân ly của CaCl2 thành ba nguyên tử và tính năng lượng phân ly của CaCl2, giả sử rằng độ dài liên kết trong phân tử ba nguyên tử thì ngắn hơn 9% so với các phân tử hai nguyên tử.
BÀI GIẢI:
a) Chu trình Born – Haber cho sự phân ly thành các nguyên tử của NaCl: NaCl → Na+ + Cl-
Na+ + Cl-→ Na + Cl
Năng lượng mất đi ở bước 1 là –464kJ.mol-1.
Năng lượng thu vào ở bước 2 là –(năng lượng ion hóa của Na + ái lực electron của Cl)=- 136kJ.mol-1
Vậy năng lượng phân ly là –328kJ.mol-1.
b) Chu trình Born – Haber cho sự phân ly của CaCl2. CaCl2→ Ca2+ + 2Cl-
Ca2+ + 2Cl-→ Ca + 2Cl
Năng lượng liên kết của Ca2+Cl- = -429.2/0,91 = -943kJ.mol-1.
(Gía trị đo được đối với CaCl là –429 nhưng điện tích của Ca là +2 và độ dài liên kết giảm một lượng là 0,91 lần)
Năng lượng mất ở bước đầu = -(năng lượng liên kết của CaCl2) = 2.942 – năng lượng cặp hóa của Cl-Cl
Năng lượng cặp hóa của Cl-Cl = (429/2).(1/0,91) = 236kJ.mol-1. Vậy năng lượng mất đi ở bước 1 sẽ bằng = +1650kJ.mol-1.
Năng lượng thu vào ở bước 2 sẽ bằng -(2 ái lực electron Cl + tổng năng lượng ion hóa của Ca) = -1020kJ.mol-1.