Física del estado sólido

La energía reticular o energía de red es la energía requerida para separar completamente un mol de un compuesto iónico en sus iones gaseosos. En otras palabras, es la energía que se obtendría de la formación de un compuesto iónico a partir de sus iones gaseosos. Muestra la estabilidad de la red cristalina. La energía reticular presenta dimensiones de energía/mol y las mismas unidades que la entalpía estándar (), pero de signo contrario, es decir kJ\ /mol.

No es posible medir la energía reticular directamente. Sin embargo, si se conoce la estructura y composición de un compuesto iónico, puede calcularse, o estimarse, mediante la ecuación que proporciona el modelo iónico y que se basa entre otras leyes en la Ley de Coulomb. Alternativamente, se puede calcular indirectamente a través de ciclos termodinámicos.- ..................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=d7fd1eb2950403b10d6b721494c56420dbed46fa&writer=rdf2latex&return_to=Energ%C3%ADa+reticular

El ciclo de Born-Haber

El cambio energético producido en la formación de un sólido iónico a partir de los elementos que lo constituyen, puede calcularse a partir del llamado ciclo de Born – Haber (que es un caso particular de la ley de Hess). Vamos a seguir con el mismo ejemplo del apartado anterior, es decir, la formación del cloruro sódico (sólido) según la siguiente reacción: Na (s) + ½ Cl2 (g)      à          NaCl (s) La reacción anterior tiene lugar en varios pasos: El sodio metálico sólido, en primer lugar tendrá que separar sus átomos entre sí. Para ello habrá que aportar la energía de sublimación del Sodio: Na (s) + Esublimación à Na (g) Esublimación = 109 KJ/mol Al sodio gas, habrá que arrancarle un electrón para transformarlo en un ion positivo. Para este proceso necesitaremos aportar la energía de ionización del Sodio:   Na (g) + Eionización à Na + (g) + 1 e-   Eionización = 496 KJ/mol                    El Cloro, no metal, en primer lugar tendrá que romper su molécula ya que es diatómico. Para ello tendremos que aportar la mitad de su energía de disociación, ya que por cada molécula que se rompe obtenemos dos átomos de Cloro, por lo tanto sólo habrá que disociar medio mol de moléculas de Cloro para obtener 1 mol de átomos de Cloro.   ½ Cl2 (g) + ½ Edisociación à  Cl (g) ½ Edisociación = 122 KJ/mol Posteriormente, tendremos que aportar un electrón a cada átomo de Cloro para transformarlo en un ion negativo. Para ello tendremos que aportar la energía de la afinidad electrónica. Dicha energía suele ser positiva (es decir, hay que aportarla), pero en el caso de algunos halógenos puede llegar a ser negativa (energía desprendida): Cl (g)   + 1 e- à  Cl - (g)  + Eafinidad Eafinidad = -348  KJ/mol Vemos que la energía desprendida no supera a la suministrada; nos faltan 379 KJ/mol. ¿Cómo puede formarse, entonces, el compuesto iónico?. La respuesta está en la energía reticular, que como ya hemos definido antes es la energía desprendida al pasar de los iones en estado gaseoso a la formación de 1 mol de sólido cristalino. En efecto, los iones en estado gaseoso se atraen con perfecto orden en la red y así, es evidente que la energía potencial eléctrica se hace menor.  Na + (g) + Cl - (g) à  NaCl (s) +  Ereticular Ereticular = -790  KJ/mol               La energía sobrante será la desprendida en la formación de 1 mol del compuesto iónico: ΔEf = Esublimación + Eionización + ½ Edisociación + Eafinidad + Ereticular  = = 109 + 496 + 122 –  348 – 790 =  ΔEf = – 411 KJ/mol A continuación te mostramos un esquema de todo el proceso: Este sería el diagrama energético del proceso: Cálculo de la energía reticular           La energía reticular (U) la calcularon por primera vez en 1918, Max Born y Alfred Lande, de forma aproximada, mediante una fórmula de la que se deduce que aumenta al hacerlo la carga de los iones y al disminuir el radio de los mismos.         En esta ecuación, K es la constante de Coulomb en el vacío; Z1 y Z2 las cargas de los iones; e la carga del electrón; NA, el número de Avogadro; M la constante de Madelung que depende del tipo de red cristalina; d0, la distancia internuclear y n el factor de compresibilidad de Born.           Ciclo de Born-Haber           La mayoría de las veces el cálculo de la energía reticular mediante la ecuación anterior resulta inexacto, ya que no se conocen con precisión la constante de Madelung ni el factor de compresibilidad del cristal. Por ello, se suele recurrir a un método basado en el balance energético del proceso de formación del cristal, conocido como ciclo de Born-Haber.           El ciclo de Born-Haber se basa en el hecho de que la energía asociada a una reacción química es la misma si la reacción se verifica directamente, en una sola etapa, como si tiene lugar a través de varias etapas. Este enunciado constituye la Ley de Hess.               DHf = Esublimación + 1/2 Edisociación + EI + AE + U           U = DHf - Esublimación - 1/2 Edisociación - EI - AE           Al aplicar esta ecuación hay que tener en cuenta el signo de cada una de las energías implicadas, según se desprendan o se absorban, y que no siempre se dan todos estos procesos.           Propiedades de los compuestos iónicos           Las propiedades de los compuestos iónicos vienen determinadas por la fortaleza de la atracción electrostática entre sus iones y la formación de redes cristalinas.     Son sólidos a temperatura ambiente con altos puntos de fusión y ebullición.     Son duros pero frágiles, ya que un pequeño desplazamiento de una capa del cristal enfrenta a iones de igual carga.     Los compuestos iónicos, generalmente se disuelven bien en agua o en disolventes polares. Las moléculas de agua rodean a los iones provocando que el cristal se desmorone.               Haz clic en la imagen para ver una animación del proceso de disolución           Los compuestos iónicos no conducen la electricidad en estado sólido ya que los iones se encuentran fijos en sus posiciones en la red. Cuando se encuentran fundidos o disueltos, los iones tienen mayor libertad de movimiento y pueden conducir la electricidad.