El Ciclo de Born - Haber. Prof. S. Casas-Cordero E.

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Sara Ferreyra Olivares
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1 El Ciclo de Born - Haber Prof. S. Casas-Cordero E.

2 La energía del enlace iónico Entalpía reticular H red Cuando un mol de iones gaseosos positivos y un mol de iones gaseosos negativos se aproximan desde el infinito hasta las posiciones de equilibrio que ocupan en el cristal, se produce un H llamado entalpía reticular ( H red ). M + (g) + X - (g) MX(s) + Hº red La entalpía reticular (Energía reticular) es siempre negativa, se trata de un proceso exotérmico. Muestra la estabilidad de la red cristalina. Se puede calcular en base a la Ley de Coulomb y mediante el ciclo de Born - Haber.

3 Considerando el modelo cristalino del compuesto y la Ley de Coulomb, la ecuación corresponde a: Hº red = NºAvogadro x A x Z+ x Z x q 2 4 x π x ϵ 0 x Di x 1 1 n Donde A es la constante de Madelung, que varía dependiendo de la estructura del compuesto iónico. Z + y Z - las cargas del catión y del anión. q la carga del electrón. ε 0 permitividad del vacío. Di la distancia entre el anión y el catión n los exponentes de Born. (wikipedia)

4 El ciclo de Born - Haber M s X 2 g Hºformación MX(s) M s Hºsublimación M(g) 1 2 X 2 g M(g) Hº enlace Hº ionización X(g) M(g) e 1 X(g) +1 e 1 Hº afinidad electrónica X(g) 1 M(g) 1+ + X(g) 1 Hºred MX(s)

5 Es un ciclo termodinámico consecuencia de la ley de Hess Hº = 0 Hºformación + Hºsublimación + ½ Hºenlace + Hºionización + Hºafinidad electrónica + Hºred = 0 A mayor Hºred: menor distancia interionica (Di = Rc + Ra) mayor intensidad del enlace químico menor solubilidad en agua del cristal n i

6 La variación de energía reticular en los óxidos de alcalinotérreos (estructura sal gema) es: BeO > MgO > CaO > SrO > BaO La dureza varía en el mismo sentido. La dureza es la resistencia que tienen los sólidos a rayarse superficialmente.

7 Tabla comparativa Ión M(OH) 2 S (g/l) Radio (en pm) Mg 0, Ca 1,2 100 Sr 10,0 113 Ba 47,0 136

8 COMPUESTO Hº red COMPUESTO Hº red COMPUESTO Hº red LiF 1030 KF 808 MgCl LiCl 834 KCl 701 SrCl LiI 730 KBr 671 MgO 3795 NaF 922 CsF 734 CaO 3414 NaCl 788 CsCl 660 NaBr 752 CsBr 636 NaI 704 CsI 600

9 Distancia Interionica (DI) en picometro (pm) Li 1+ Na 1+ K 1+ Rb 1+ Cs 1+ F Cl Br I

11 La energía del enlace iónico Ciclo de Born - Haber para el NaCl Ionización Afinidad electrónica Enlace Sublimación Formación inicio Energía reticular fin

12 Propiedades Termodinámicas Energía de Enlace: Energía necesaria para romper los enlaces de un mol de moléculas en estado gaseoso. X 2 (g) + ΔH(enlace) 2 X(g)

13 Energía de Sublimación: Energía necesaria para transformar al estado gaseoso un mol de una sustancia en estado sólido. M(s) + ΔH(sublimación) M(g)

14 Energía de Ionización: Energía necesaria para sacar un mol de electrones a un mol de átomos en estado gaseoso. M(g) + ΔH(ionización) M 1+ (g) + 1 e-

15 Energía de Ionización

16 Energía de Formación: Energía liberada o absorbida cuando se forma un mol de compuesto desde sus elementos en estado natural (forma más abundante). M(s) + ½ X 2 (g) MX(s) ΔH < 0 proceso exotérmico ΔH > 0 proceso endotérmico

17 Energía de Afinidad electrónica (Electroafinidad): Es la Energía liberada cuando un mol de átomos gaseosos ganan un mol de electrones. X(g) + 1 e- X 1- (g) + ΔH(electroafinidad)

18 Electroafinidad

19 Energía Red: Energía liberada cuando se forma un mol de celdas cristalinas a partir de los iones gaseosos. M 1+ (g) + X 1- (g) MX(s) + Hºred

20 Calcular la entalpía de formación del Yoduro de Potasio, KI ( Hf) a partir del ciclo de Born-Haber. DATOS: 1. Hºred = - 631,8 KJ/mol 2. Hº sublimación del K(s) = + 87,9 KJ/mol. 3. Hº sublimación del I 2 (s) = + 43,5 KJ/mol. 4. Hº enlace del I 2 (g)= + 150,9 KJ/mol. 5. Hº ionización del K(g) = + 418,7 KJ/mol. 6. Hº afinidad electrónica del I(g) = - 302,53 KJ/mol.

21 K(s) + ½ I 2 (s) KI(s) Hf =? 1) K 1+ (g) + I 1- (g) KI(s) Hred = - 631,8 2) K(s) K(g) Hsublimación = + 87,9 3) ½ I 2 (s) ½ I 2 (g) Hs = + 43,5 x ½ 4) ½ I 2 (g) I(g) Henlace = x ½ 5) K(g) K 1+ (g) + 1 e- Hionización = + 418,7 6) I(g) + 1 e- I 1- (g) Helectroafinidad =-302,53 K(s) + ½ I 2 (s) KI(s) Hf = - 330,53 KJ/mol

23 fin

24 Fritz Haber, nació en Breslau, Alemania el 9 de diciembre de 1868 Max Born, Nacido el 11 de diciembre de 1882 en Breslau

25 El proceso de Born - Haber es la reacción del nitrógeno y el hidrógeno para producir amoníaco. Como la reacción es muy lenta se acelera con un catalizador conteniendo hierro, es un óxido de hierro. También para acelerar la reacción, se opera bajo condiciones de 200 atmósferas y 450 ºC: N 2 (g) + 3H 2 (g) 2NH 3 (g) + ΔH La reacción es exotérmica, libera calor. ΔHº = -46,2 KJ/mol y ΔSº < 0 25 ºC K = 6,8 a 105 atm. 450 ºC K = 7,8 a 10-2 atm.

26 Este descubrimiento, permitió a Alemania producir de manera industrial explosivos, sin necesidad de depender de la mayor fuente de nitratos del mundo en aquellos momentos, las reservas de guano depositadas en las costas del norte Chile. volver

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