Chemistryالديناميكا الحراريةA-Level
EdexcelAQAAPOntarioNSWCBSEGCE O-LevelMoE

طاقة الشبكة البلورية (بورن-لاندي)

الطاقة اللازمة لتكوين الشبكة البلورية من الأيونات الغازية.

Understand the formulaSee the free derivationOpen the full walkthrough
Open Full WalkthroughTry Calculator

This public page keeps the free explanation visible and leaves premium worked solving, advanced walkthroughs, and saved study tools inside the app.

Core idea

Overview

تقيس طاقة الشبكة البلورية قوة القوى الكهروستاتيكية داخل البلورة الأيونية، ممثلة الطاقة المنبعثة عندما تشكل الأيونات الغازية شبكة صلبة. وهي كمية ديناميكية حرارية أساسية تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب الشحنات الأيونية وعكسيًا مع المسافة بين مراكز الأيونات.

When to use: استخدم هذه العلاقة لمقارنة الاستقرار النسبي للأملاح الأيونية المختلفة أو للتنبؤ بالاتجاهات في نقاط الانصهار والذوبانية. وهي أكثر قابلية للتطبيق على المركبات ذات الطابع الأيوني السائد حيث يمكن التعامل مع الأيونات كنقاط شحنة في ترتيب منظم.

Why it matters: يتيح فهم طاقة الشبكة للعلماء شرح سبب امتلاك بعض المواد، مثل أكسيد المغنيسيوم، نقاط انصهار عالية للغاية مقارنة بغيرها مثل كلوريد الصوديوم. وهي ضرورية لبناء دورات بورن-هابر لحساب الانثالبيات التي لا يمكن قياسها مباشرة في المختبر.

Symbols

Variables

E = Lattice Energy Est, k = Constant, Q^+ = Cation Charge, Q^- = Anion Charge, d = Ionic Distance

Lattice Energy Est
kJ/mol
Constant
Variable
Cation Charge
Variable
Anion Charge
Variable
Ionic Distance
nm

Walkthrough

Derivation

الصيغة: معادلة بورن-لاندي (مرجع)

نموذج فيزيائي لطاقة الشبكة يعتمد على الجذب الكهروستاتيكي والتنافر قصير المدى؛ يستخدم عادة كتوسع لما بعد مستوى A.

  • يتم التعامل مع الأيونات كشحنات نقطية (الكهرومغناطيسية).
  • يتم نمذجة التنافر بواسطة أس بورن التجريبي n.
  • تم التقاط التركيب البلوري بواسطة ثابت مادلونج M.
1

اذكر المعادلة:

تظهر طاقة الشبكة تزداد مع حجم الشحنة وتتناقص مع زيادة فصل الأيونات .

Note: في مستوى A، عادة ما تستخدم دورات بورن-هابر بشكل نوعي/كمي بدلاً من هذه الصيغة.

Result

Source: Standard curriculum — A-Level Chemistry (Lattice enthalpy extension)

Why it behaves this way

Intuition

ترتيب منتظم متكرر من كرات مشحونة إيجابيًا وسلبيًا، تجذب بعضها البعض بقوى تعتمد على شحناتها والمسافات بين مراكزها.

Term
تغير المحتوى الحراري عندما تشكل الأيونات الغازية مولًا واحدًا من شبكة أيونية صلبة.
تشير القيمة الأكثر سالبية إلى شبكة أيونية أقوى وأكثر استقرارًا، حيث يتم إطلاق المزيد من الطاقة أثناء تكوينها.
Term
مقدار الشحنة على الكاتيون.
الشحنة الأعلى تزيد من التجاذب الكهروستاتيكي بين الأيونات، مما يقوي الشبكة.
Term
مقدار الشحنة على الأنيون.
الشحنة الأعلى تزيد من التجاذب الكهروستاتيكي بين الأيونات، مما يقوي الشبكة.
Term
نصف القطر الأيوني للكاتيون.
الكاتيون الأصغر يسمح باقتراب أقرب من الأنيونات، مما يزيد من التجاذب الكهروستاتيكي ويقوي الشبكة.
Term
نصف القطر الأيوني للأنيون.
الأنيون الأصغر يسمح باقتراب أقرب من الكاتيونات، مما يزيد من التجاذب الكهروستاتيكي ويقوي الشبكة.
Term
حاصل ضرب مقادير الشحنات الأيونية.
القوة الكهروستاتيكية تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب الشحنات؛ الناتج الأكبر يعني تجاذبًا أقوى وشبكة أكثر استقرارًا.
Term
مجموع نصفي القطر الأيونيين، الذي يقارب المسافة بين نواتي الكاتيون والأنيون.
المسافة البينووية الأكبر تضعف التجاذب الكهروستاتيكي وفقًا لقانون كولوم، مما يؤدي إلى شبكة أقل استقرارًا.

Signs and relationships

  • \frac{Q^+ Q^-}{r^+ + r^-}: هذا المصطلح بأكمله موجب دائمًا. القيمة الموجبة الأكبر تشير إلى تجاذب كهروستاتيكي أقوى، مما يؤدي إلى شبكة أيونية أكثر استقرارًا. نظرًا لأن طاقة الشبكة ( )

Free study cues

Insight

Canonical usage

يُبلغ عادةً عن طاقة الشبكة البلورية كتغير في المحتوى الحراري المولي بالكيلوجول لكل مول (kJ/mol).

Dimension note

تُستخدم قيم الشحنة Q عادةً كأعداد صحيحة لا بُعدية في التناسب المبسط، على الرغم من أنها تمثل مضاعفات الشحنة الأولية e.

Ballpark figures

  • Quantity:

One free problem

Practice Problem

يتكون مركب أيوني من كاتيون أحادي التكافؤ (Q1=1) وأنيون أحادي التكافؤ (Q2=1). إذا كان الثابت التناسبي k يساوي 1200 والمسافة بين الأيونات d تساوي 2.5 وحدة، احسب طاقة الشبكة البلورية (E).

Hint: اضرب الثابت في حاصل ضرب الشحنات، ثم اقسم على المسافة.

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

Where it shows up

Real-World Context

في سياق شرح سبب امتلاك أكسيد المغنيسيوم نقطة انصهار أعلى من كلوريد الصوديوم، تُستخدم معادلة طاقة الشبكة البلورية (بورن-لاندي) لتحويل القياسات إلى قيمة يمكن تفسيرها. وتكمن أهمية الناتج في أنه يساعد على ربط الكميات المقاسة بالتركيز أو المردود أو تغير الطاقة أو سرعة التفاعل أو الاتزان.

Study smarter

Tips

  • إعطاء الأولوية لشحنة الأيون على حجمه عند مقارنة المركبات؛ فالتأثير الناتج عن الشحنات أكبر بكثير.
  • اجمع أنصاف أقطار الأيونات الفردية للكاتيون والأنيون لتحديد المسافة الكلية بين الأيونات d.
  • يمثل الثابت التناسبي k هندسة البلورة وخصائص التنافر الإلكتروني.
  • ترتبط قيم طاقة الشبكة البلورية العالية عادةً بانخفاض قابلية الذوبان في الماء وارتفاع الثبات الحراري.

Avoid these traps

Common Mistakes

  • نسيان أن كلاً من الشحنة والحجم يؤثران على طاقة الشبكة البلورية.
  • الخلط بين اصطلاح إشارة طاقة الشبكة البلورية.

Common questions

Frequently Asked Questions

نموذج فيزيائي لطاقة الشبكة يعتمد على الجذب الكهروستاتيكي والتنافر قصير المدى؛ يستخدم عادة كتوسع لما بعد مستوى A.

استخدم هذه العلاقة لمقارنة الاستقرار النسبي للأملاح الأيونية المختلفة أو للتنبؤ بالاتجاهات في نقاط الانصهار والذوبانية. وهي أكثر قابلية للتطبيق على المركبات ذات الطابع الأيوني السائد حيث يمكن التعامل مع الأيونات كنقاط شحنة في ترتيب منظم.

يتيح فهم طاقة الشبكة للعلماء شرح سبب امتلاك بعض المواد، مثل أكسيد المغنيسيوم، نقاط انصهار عالية للغاية مقارنة بغيرها مثل كلوريد الصوديوم. وهي ضرورية لبناء دورات بورن-هابر لحساب الانثالبيات التي لا يمكن قياسها مباشرة في المختبر.

نسيان أن كلاً من الشحنة والحجم يؤثران على طاقة الشبكة البلورية. الخلط بين اصطلاح إشارة طاقة الشبكة البلورية.

في سياق شرح سبب امتلاك أكسيد المغنيسيوم نقطة انصهار أعلى من كلوريد الصوديوم، تُستخدم معادلة طاقة الشبكة البلورية (بورن-لاندي) لتحويل القياسات إلى قيمة يمكن تفسيرها. وتكمن أهمية الناتج في أنه يساعد على ربط الكميات المقاسة بالتركيز أو المردود أو تغير الطاقة أو سرعة التفاعل أو الاتزان.

إعطاء الأولوية لشحنة الأيون على حجمه عند مقارنة المركبات؛ فالتأثير الناتج عن الشحنات أكبر بكثير. اجمع أنصاف أقطار الأيونات الفردية للكاتيون والأنيون لتحديد المسافة الكلية بين الأيونات d. يمثل الثابت التناسبي k هندسة البلورة وخصائص التنافر الإلكتروني. ترتبط قيم طاقة الشبكة البلورية العالية عادةً بانخفاض قابلية الذوبان في الماء وارتفاع الثبات الحراري.

References

Sources

  1. Atkins' Physical Chemistry
  2. IUPAC Gold Book: Lattice energy (enthalpy)
  3. Wikipedia: Lattice energy
  4. IUPAC Gold Book
  5. NIST CODATA
  6. Atkins' Physical Chemistry, 11th Edition, Oxford University Press
  7. Shriver & Atkins' Inorganic Chemistry, 6th Edition, W. H. Freeman and Company
  8. IUPAC Gold Book (Compendium of Chemical Terminology), 'lattice energy' entry