题目

能向我讲解一下晶格能吗?

提问时间：2021-02-23

答案

在标准状况下(101 325Pa和25℃),由相互远离的气态离子或分子形成1mol化合物晶体时所释放出的能量.
晶格能是衡量晶体中离子间或分子间结合能力大小的一个量度,是阐明晶体物理、化学性质的重要物理量.晶格能越大,晶体的熔、沸点越高,硬度也越大.分子晶体的晶格能以分子间作用力为基础,比离子晶体的晶格能小得多.
晶格能
也称点阵能,是指由相互远离的气态离子或分子形成1mol化合物晶体时所释放出的能量（更严谨的定义还须指定温度）,因晶体具有点阵式的周期性结构,故得名.如对由正、负离子M+和X-组成的离子晶体,下式中的U即形成1mol离子化合物MX的点阵能：
M+（气态）＋X-（气态）→MX（晶态）＋U
点阵能是衡量晶体中离子间或分子间键结合能大小的一个量度,是阐明晶体物理、化学性质的重要物理量.分子晶体的点阵能因以分子间作用力为基础,比离子晶体的点阵能要小得多.
晶格能又叫点阵能.它是在OK时1mol离子化合物中的正、负离子从相互分离的气态结合成离子晶体时所放出的能量.用化学反应式表示时,相当于下面反应式的内能改变量.
aMz+(气）+bXz-(气）→MaXb（晶体）+U（晶格能）
晶格能也可以说是破坏1mol晶体,使它变成完全分离的自由离子所需要消耗的能量.晶格能越大,表示离子键越强,晶体越稳定.晶格能的数值有两个来源.第一是理论计算值.它是根据离子晶体模型,考虑其中任一离子跟周围异号离子间的吸引作用,以及跟其他同号离子间的排斥作用推导出下列近似公式计算得到的.

式中Z是离子价数,R0是一对离子间的平均距离,A是跟一定的晶格类型有关的常数,NA是阿佛加德罗常数,m是跟离子的电子层构型有关的常数,它的值可取5～12,ε0是真空电容率（8.85419×10-12库-2·牛-1·米-2）.例如,氯化钠晶体的Z+=Z-=1,R0=2.814×10-10m,m=8,A=1.7476,代入上述公式可得U=755kJ/mol.第二是热化学实验值.设计一个热化学循环,然后根据实验测得的热化学量（如生成热、升华热、离解热、电离能、电子亲合势）进行计算.影响晶格能大小的因素主要是离子半径、离子电荷以及离子的电子层构型等.例如,随着卤离子半径增大,卤化物的晶格能降低；高价化合物的晶格能远大于低价离子化合物的晶格能,如UTiN＞UMgO＞UNaCl.此外,Cu+和Na+半径相近、离子电荷相同,但Cu+是18电子构型,对阴离子会产生极化作用,因此UCu2S＞UNa2S.离子化合物都有较高的熔点和沸点,这是和它们离子晶体有很大的晶格能有关.由于UMgO＞UNaF,MgO的熔点（2800℃）比NaF的熔点（988℃）高得多.晶格能的大小决定离子晶体的稳定性,用它可以解释和预言离子晶体的许多物理和化学性质.例如,根据晶格能大小可以求得难以从实验测出的电子亲和势,可以求得离子化合物的溶解热,并能预测溶解时的热效应.