Ricardo Sandoval Gutiérrez
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). Na (s) + ½ Cl 2 (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 eEionización = 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 algu nos 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:
Ricardo Sandoval Gutiérrez
Ricardo Sandoval Gutiérrez
Ciclo de Born-Haber El ciclo de Born –Haber es un ciclo de reacciones químicas desarrollado en un principio por el físico Max Born y el químico alemán Fritz Haber en 1917. El ciclo de Born –Haber comprende la formación de un compuesto ionico desde la reacción de un metal (normalmente un elemento del grupo 1 o 2) con un no metal (como gases halógenos, oxígeno u otros). Los ciclos de Born –Haber se usan principalmente como medio para calcular la energía reticular, que no puede ser determinada experimentalmente. La energía reticular representa teóricamente la formación de compuestos iónicos a partir de iones gaseosos. Algunos químicos la definen como la energía para romper los compuestos iónicos en iones gaseosos. La primera definición es exotérmica y la segunda endotérmica. Con el ciclo de Born –Haber se calcula la energía reticular comparando la entalpía estandar de formación del compuesto iónico (según los elementos) con la entalpía necesaria para hacer iones gaseosos a partir de los elementos. Esta es una aplicación de la Ley de Hess El último paso es complejo. Para hacer iones gaseosos de elementos es necesario convertirlos en gas, disociarlos si es necesario, e ionizarlos. Si el elemento es una molécula (por ejemplo F2), habrá que tener en cuenta su entalpía de disociación. La energía necesaria para arrancar un electrón y formar un catión es la energía de ionización, mientras que la necesaria para añadirlo y formar un anión es la afinidad electrónica. La entalpía de formación se encuentra sumando las entalpías de atomatización, ionización, sublimación, disociación, afinidad electrónica y su respectiva energía reticular. Ciclo de Born –Haber para el NaCl.
Ciclo de Born y Haber La reacción global de formación de NaCl es: Na (s) + ½ Cl2 (g) NaCl (s) ( H f = –411’1 kJ ) que puede considerarse suma de las siguientes reacciones: Na (s) Na (g) ( H subl = +107’8 kJ ) ½ Cl2 (g) Cl (g) (½ H dis= +121’3 kJ ) –
Cl (g) Cl (g) ( H AE = –348’8 kJ ) +
Na (g) Na (g) ( H EI = +495’4 kJ ) +
–
Na (g) + Cl (g) NaCl (s) (U = ?)
De donde puede deducirse que: U = H f – ( H subl + ½ H dis + H AE + H EI ) U = –411’1 kJ – (107’8 kJ + 121’3 kJ –348’8 kJ + 495’4 kJ ) = –786’8 kJ
Ricardo Sandoval Gutiérrez
Valores de entalpía de formación Constantes de entalpías de formación a 25ºC Compuesto
° ΔHf
(KJ/mol)
J/mol
Cal/g
Dióxido de azufre
-296.90
-296,900
Dióxido de carbono
-393.52
-393,520
3-Etil hexano
-210.9
-210,900
Dióxido de silicio
-851
-851,000
Acetaldehído
-166.4
-166,400
Disulfuro de carbono
-110.52
-110,520
Acetato de etilo
-442.92
-442,920
Etano
-84.667
-84,667
Acetona
-216.69
-216,690
Etanol (Alcohol Etilico)
-277.6
-277,600
Acetileno
226.75
226,750
Etil benceno
29.79
29,790
Ácido acético
-486.2
-486,200
Etileno
52.283
52,283
Ácido fosfórico
-1281
-1,281,000
Formaldehído
-115.89
-115,890
Ácido nítrico
-173.23
-173,230
n-Heptano
-187.8
-187,800
Ácido sulfúrico
-811.32
-811,320
n-Hexano
-167.2
-167,200
Agua
-285.84
-285,840
Hidracina
50.63
-50,630
Amoniaco
-67.20
-67,200
Hidróxido de amonio
-366.5
-366,500
Anilina
10.861414 10,861.414 27.09
Hidróxido de calcio
-352
-352,000
Arsenato de calcio
-3330.5
-3,330,500
Hidróxido de magnesio
-924.66
-924,660
Benceno
48.95
48,950
Metano
-74.87
-74,870
Benzaldehído
-88.83
-888,300
Bicarbonato de sodio
-945.6
-945,600
Metanol (Alcohol Metilico)
-238.4
-238,400
Bisulfato de sodio
-1,126
-1,126,000
Monoxido de carbono
–110.53
-110,530
Bromuro de hidrógeno
-36.23
-36,230
Óxido de calcio
-635.6
-635,600
n-Butano
-124.73
-124,730
Óxido férricoferroso
-1,116.7
-1,116,700
1-Buteno
1.172
1,172
-267
-267,000
Carbonato de amonio
-941.86
-941,860
Óxido de hierro (II) (Óxido ferroso)
Carbonato de sodio
-1,130
-1,130,000
Óxido de magnesio
-601.83
-601,830
Cianuro de hidrógeno
130.54
130,540
Óxido nítrico
90.374
90,374
Cianuro de sodio
-89.79
-89,790
Óxido nitroso
81.55
81,550
Cloroetano
-105
-105,000
Óxido de plomo
-219.2
-219,200
Cloruro de amonio
-315.4
-315,400
Nitrato de amonio
-366.1
-366,100
Cloruro de azufre
-60.3
-60,300
Nitrato de sodio
-466.68
-466,680
Cloruro de hierro (II) (Cloruro ferroso)
Nitrito de sodio
-359
-359,000
-342.67
-342,670
Propano
-103.85
-103,850
Cloruro de hierro (III) (Cloruro férrico)
-403.34
-403,340
Propanol (Alcohol nPropílico)
-255
-255,000
Cloruro de hidrógeno
-92.311
-92,311
Propeno
20.41
20,410
Cloruro de magnesio
-641.83
-641,830
n-Propilbenceno
7.824
7,824
Cloruro de metilo (Clorometano)
-81.923
-81,923
Silicato de calcio
-1,584
-1,584,000
Sulfato de amonio
-1,179.3
-1,179,300
Cloruro de sodio
-411.12
-411,120
Cumeno (Isopropilbenceno)
-751.4
-751,400
3.93
3,930
Sulfato de cobre (II) (Sulfato cúprico)
Ricardo Sandoval Gutiérrez
Sulfato de calcio
-1,432.7
-1,432,700
Tiosulfato de sodio
-1,117
-1,117,000
Sulfato de sodio
-1,384.5
-1,384,500
Tolueno
50
50,000
Sulfato de zinc
-978.55
-978,500
Trióxido de azufre
-395.18
-395,180
Sulfito de sodio
-1,090
-1,090,000
m-Xileno
17.24
17,240
Sulfuro de hierro (II) (Sulfuro ferroso)
-95.06
-95,060
o-Xileno
19
19,000
p-Xileno
17.95
17,950
Sulfuro de sodio
-373
-373,000
-2,021.1
-2,021,100
Yeso (Sulfato de calcio Tetracloruro de carbono -106.69 -106,690 dihidratado) Nota: Para obtener los valores y poder hacer sus respectivas conversiones por ejemplo: Anilina: (27.09 cal/g) [(4.186 J/1 cal)] [(93 grs/1 gmol)] = 10,861.41 J/gmol
http://www.slideshare.net/lucasmerel/27-grupo-1-23-5-05 http://depa.pquim.unam.mx/~iliana/animacionesflash/BORNHABER.swf
