9: Іонні та ковалентні тверді речовини - Енергетика
- Page ID
- 20017
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Цілі навчання
- Зрозумійте геометричну основу правил співвідношення радіусів.
- Зрозумійте хімічну основу структурних карт і чому вони є кращими предикторами кристалічних структур, ніж радіусні співвідношення.
- Використовуйте рівняння Борна-Майєра та Капустинського для обчислення енергій ґратки відомих та гіпотетичних сполук.
- Побудувати цикли Борна-Хабера за допомогою енергій решітки і обчислити невідомі величини в циклах.
- Прогнозуйте стабільність низьких і високих станів окислення за допомогою енергій решітки.
- Зрозумійте квантово-механічне походження додаткової «резонансної» стійкості металів.
- Прогнозувати тенденції розчинності та термічної стійкості неорганічних сполук за допомогою енергій решітки.
У розділі 8 ми дізналися все про кристалічні структури іонних сполук. Хороше питання, яке потрібно задати, полягає в тому, що змушує з'єднання вибрати ту чи іншу структуру? При вирішенні цього питання ми дізнаємося про сили, які утримують кристали разом і відносних енергіях різних структур. Це, в свою чергу, допоможе нам більш кількісно зрозуміти деякі евристичні поняття, про які ми дізналися в попередніх розділах, таких як тверда м'яка кислотно-лужна теорія.
- 9.4: Цикли Born-Haber для NaCl та галогенідів срібла
- Тепер, коли ми маємо рівняння для енергії решітки іонного кристала, ми можемо задати питання про те, наскільки воно точне. Пам'ятайте, ми зробили кілька наближень при отриманні цієї формули. Ми припустили, що решітка повністю іонна, ми проігнорували привабливу енергію іонів ван дер Ваальса, і припустили, що ковалентного внеску в зв'язок немає.
- 9.5: Рівняння Капустинського
- Капустинський зауважив, що різниця іонних радіусів між моновалентним та двовалентним радіусами значною мірою компенсує відмінності A/n між одновалентними (NaCl, CScL) та двовалентними (рутил, CaF2) структурами. Таким чином, він прибув до формули енергії решітки, використовуючи середню константу Маделунга, виправлену на одновалентні радіуси.
- 9.8: Луги та електриди
- Ще одне цікаве наслідок енергій решітки передбачає утворення певних солей, що містять Na- і e- аніони. Ці сполуки відомі як луги та електроди відповідно. Більшість з цих сполук були виявлені професором Джеймсом Дайе в Мічиганському державному університеті.
- 9.9: Резонансна енергія металів
- Валентні електрони в металі Na знаходяться в орбіталі, які делокалізовані по всьому кристалі. Однак у формі Na+ e- «солі» електрони локалізуються на специфічних аніонних ділянках. Ця локалізація надає додаткову кінетичну енергію (через ефект «частинки в коробці»), яка додає до загальної енергії.