Natrium adalah logam lunak yang terbakar di udara. Klorin adalah gas beracun yang menyebabkan sesak napas. Jika digabungkan, Anda mendapatkan garam dapur. Membuat satu mol garam tersebut melepaskan energi sebesar…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · Narasi bahasa Inggris · Subtitle bahasa Inggris + 中文 disematkan langsung
23.1
Lattice energy and Born–Haber cycles · Energi kisi dan siklus Born–Haber
Syllabus · Silabus
English
define and use the terms: (a) enthalpy change of atomisation, $\Delta H_{\text{at}}$ (b) lattice energy, $\Delta H_{\text{latt}}$ (the change from gas phase ions to solid lattice)
(a) define and use the term first electron affinity, EA (b) explain the factors affecting the electron affinities of elements (c) describe and explain the trends in the electron affinities of the Group 16 and Group 17 elements
construct and use Born–Haber cycles for ionic solids (limited to +1 and +2 cations, –1 and –2 anions)
carry out calculations involving Born–Haber cycles
explain, in qualitative terms, the effect of ionic charge and of ionic radius on the numerical magnitude of a lattice energy
Bahasa Indonesia
definisikan dan gunakan istilah: (a) perubahan entalpi atomisasi, $\Delta H_{\text{at}}$ (b) energi kisi, $\Delta H_{\text{latt}}$ (perubahan dari ion fase gas menjadi kisi padat)
(a) definisikan dan gunakan istilah afinitas elektron pertama, EA (b) jelaskan faktor-faktor yang mempengaruhi afinitas elektron unsur (c) deskripsikan dan jelaskan tren afinitas elektron unsur Golongan 16 dan Golongan 17
susun dan gunakan Siklus Born–Haber untuk padatan ionik (dibatasi pada kation +1 dan +2, anion –1 dan –2)
lakukan perhitungan yang melibatkan Siklus Born–Haber
jelaskan, secara kualitatif, pengaruh muatan ion dan jari-jari ion terhadap besaran numerik energi kisi
Source: Cambridge International syllabus · Sumber: Silabus Cambridge International
English
These cycles use several enthalpy changes 焓变 ($\Delta H$). Two new ones are:
the enthalpy change of atomisation 原子化焓变, $\Delta H_{\text{at}}$ — the energy to make one mole of gaseous atoms from an element. It is always positive (bonds must break).
the lattice energy 晶格能, $\Delta H_{\text{latt}}$ — the energy change when one mole of a solid ionic lattice forms from its gaseous ions. It is always negative (strong bonds form).
Electron affinity
The first electron affinity 电子亲和能 (EA) is the energy change when one mole of gaseous atoms each gain one electron to form one mole of $1-$ ions. The first EA is usually negative.
The same factors as ionisation energy apply (nuclear charge, atomic radius, shielding). Going down Group 16 or 17, the EA becomes less exothermic, because the atom is larger and pulls the extra electron in less strongly. (The very top element is an exception: its atom is so small that electron repulsion makes its EA less exothermic than the one below it.)
Born–Haber cycles
A Born–Haber cycle 玻恩哈伯循环 is an energy cycle that links the enthalpy change of formation of an ionic solid with its atomisation, ionisation energy, electron affinity and lattice energy. Using Hess's law, you go round the cycle to find any one unknown step. (You only need $+1$ and $+2$ cations and $-1$ and $-2$ anions.)
Worked example. Find the lattice energy of sodium chloride from these data (kJ mol⁻¹): enthalpy of formation $\Delta H_f = -411$; atomisation $\Delta H_{\text{at}}(\text{Na}) = +107$ and $\Delta H_{\text{at}}(\text{Cl}) = +122$; first ionisation energy of Na $= +496$; electron affinity of Cl $= -349$.
By Hess's law the direct formation route equals the route up and round the cycle:
The lattice energy is more negative (stronger) when:
the ionic charge is higher (e.g. $\text{Mg}^{2+}$ beats $\text{Na}^+$).
the ionic radius is smaller.
Both make the attraction between the ions stronger.
Bahasa Indonesia
Siklus ini menggunakan beberapa perubahan entalpi ($\Delta H$). Dua perubahan baru adalah:
perubahan entalpi atomisasi, $\Delta H_{\text{at}}$ — energi untuk membuat satu mol atom gas dari suatu unsur. Nilainya selalu positif (ikatan harus putus).
energi kisi, $\Delta H_{\text{latt}}$ — perubahan energi ketika satu mol kisi ion padat terbentuk dari ion-ionnya dalam bentuk gas. Nilainya selalu negatif (ikatan kuat terbentuk).
Zat padat ion seperti natrium klorida adalah kisi ion raksasa yang teratur — energi kisi dilepaskan saat terbentuk
Afinitas elektron
Afinitas elektron pertama (EA) adalah perubahan energi ketika satu mol atom gas masing-masing menerima satu elektron untuk membentuk satu mol ion $1-$. EA pertama biasanya bernilai negatif.
Atom gas menerima elektron, biasanya membebaskan energi
Faktor-faktor yang sama dengan energi ionisasi berlaku (muatan inti, jari-jari atom, efek pelindung). Turun ke Grup 16 atau 17, EA menjadi kurang eksotermik, karena atom lebih besar dan menarik elektron tambahan kurang kuat. (Unsur paling atas merupakan pengecualian: atomnya sangat kecil sehingga tolakan elektron membuatnya EA kurang eksotermik daripada unsur di bawahnya.)
Siklus Born–Haber
Siklus Born–Haber adalah siklus energi yang menghubungkan perubahan entalpi pembentukan zat padat ion dengan atomisasinya, energi ionisasi, afinitas elektron, dan energi kisi. Menggunakan hukum Hess, Anda mengelilingi siklus untuk menemukan satu langkah yang tidak diketahui. (Anda hanya perlu $+1$ dan $+2$ kation serta $-1$ dan $-2$ anion.)
Siklus Born–Haber untuk NaCl: naik membutuhkan energi (atomisasi, ionisasi); turun melepaskannya (afinitas elektron, dan energi kisi yang besar)
Contoh terpecahkan. Temukan energi kisi natrium klorida dari data berikut (kJ mol⁻¹): entalpi pembentukan $\Delta H_f = -411$; atomisasi $\Delta H_{\text{at}}(\text{Na}) = +107$ dan $\Delta H_{\text{at}}(\text{Cl}) = +122$; energi ionisasi pertama Na $= +496$; afinitas elektron Cl $= -349$.
Menurut hukum Hess, jalur pembentukan langsung sama dengan jalur naik dan mengelilingi siklus:
Ion yang lebih kecil dan muatan yang lebih tinggi memberikan energi kisi yang lebih kuat
muatan ion lebih tinggi (mis. $\text{Mg}^{2+}$ mengalahkan $\text{Na}^+$).
jari-jari ion lebih kecil.
Keduanya membuat atraksi antar ion lebih kuat.
Explore · Jelajahi
The Born–Haber cycle · Siklus Born–Haber
Lattice energy can't be measured directly, so it is found from a cycle of measurable steps. · Energi kisi tidak dapat diukur secara langsung, sehingga ditemukan dari siklus langkah-langkah yang terukur.
Enthalpies of solution and hydration · Entalpi larutan dan hidrasi
Syllabus · Silabus
English
define and use the term enthalpy change with reference to hydration, $\Delta H_{\text{hyd}}$, and solution, $\Delta H_{\text{sol}}$
construct and use an energy cycle involving enthalpy change of solution, lattice energy and enthalpy change of hydration
carry out calculations involving the energy cycles in 23.2.2
explain, in qualitative terms, the effect of ionic charge and of ionic radius on the numerical magnitude of an enthalpy change of hydration
Bahasa Indonesia
definisikan dan gunakan istilah perubahan entalpi terkait dengan hidrasi, $\Delta H_{\text{hyd}}$, dan pelarutan, $\Delta H_{\text{sol}}$
susun dan gunakan siklus energi yang melibatkan perubahan entalpi pelarutan, energi kisi dan perubahan entalpi hidrasi
melakukan perhitungan yang melibatkan siklus energi dalam 23.2.2
menjelaskan, secara kualitatif, pengaruh muatan ion dan jari-jari ion terhadap besaran numerik perubahan entalpi hidrasi
Source: Cambridge International syllabus · Sumber: Silabus Cambridge International
English
the enthalpy change of hydration 水合焓变, $\Delta H_{\text{hyd}}$ — the energy change when one mole of gaseous ions is surrounded by water to form aqueous ions. It is exothermic.
the enthalpy change of solution 溶解焓变, $\Delta H_{\text{sol}}$ — the energy change when one mole of solute dissolves fully in water.
(To dissolve, you first pull the lattice apart, then hydrate the ions.) Like lattice energy, $\Delta H_{\text{hyd}}$ is more exothermic for ions with a higher charge and a smaller radius.
Bahasa Indonesia
perubahan entalpi hidrasi, $\Delta H_{\text{hyd}}$ — perubahan energi ketika satu mol ion gas dikelilingi air untuk membentuk ion terlarut. Proses ini eksotermik.
perubahan entalpi larutan, $\Delta H_{\text{sol}}$ — perubahan energi ketika satu mol zat terlarut larut sepenuhnya dalam air.
Tas dingin instan terasa dingin karena garamnya melarut secara endotermik ($\Delta H_\text{sol}$ positif), didorong oleh kenaikan entropi
(Untuk melarut, Anda terlebih dahulu memisahkan kisi, lalu menghidrasi ion-ionnya.) Sama seperti energi kisi, $\Delta H_{\text{hyd}}$ lebih eksotermik untuk ion dengan muatan lebih tinggi dan jari-jari lebih kecil.
Siklus energi pelarutan: pisahkan kisi (kebalikan energi kisi), lalu hidrasi ion gas, sehingga $\Delta H_\text{sol} = -\Delta H_\text{latt} + \Delta H_\text{hyd}$
Explore · Jelajahi
Enthalpy of solution lab · Lab entalpi pelarutan
define the term entropy, $S$, as the number of possible arrangements of the particles and their energy in a given system
predict and explain the sign of the entropy changes that occur: (a) during a change in state, e.g. melting, boiling and dissolving (and their reverse) (b) during a temperature change (c) during a reaction in which there is a change in the number of gaseous molecules
calculate the entropy change for a reaction, $\Delta S$, given the standard entropies, $S^\ominus$, of the reactants and products, $\Delta S^\ominus = \Sigma S^\ominus \text{(products)} - \Sigma S^\ominus \text{(reactants)}$ (use of $\Delta S^\ominus = \Delta S^\ominus_{\text{surr}} + \Delta S^\ominus_{\text{sys}}$ is not required)
Bahasa Indonesia
mendefinisikan istilah entropi, $S$, sebagai jumlah susunan partikel dan energi mereka dalam suatu sistem tertentu
memprediksi dan menjelaskan tanda perubahan entropi yang terjadi: (a) selama perubahan keadaan, misalnya lebur, didih, dan pelarutan (serta kebalikannya) (b) selama perubahan suhu (c) selama reaksi di mana terdapat perubahan jumlah molekul gas
menghitung perubahan entropi untuk suatu reaksi, $\Delta S$, diberikan entropi standar, $S^\ominus$, dari reaktan dan produk, $\Delta S^\ominus = \Sigma S^\ominus \text{(products)} - \Sigma S^\ominus \text{(reactants)}$ (penggunaan $\Delta S^\ominus = \Delta S^\ominus_{\text{surr}} + \Delta S^\ominus_{\text{sys}}$ tidak diperlukan)
Source: Cambridge International syllabus · Sumber: Silabus Cambridge International
English
Entropy 熵 ($S$) measures the number of ways the particles and their energy can be arranged in a system. More ways means more "disorder".
The entropy change 熵变 ($\Delta S$) is positive when disorder increases, and negative when it falls:
Change
Sign of $\Delta S$
solid → liquid → gas (melting, boiling), or dissolving
Entropi ($S$) mengukur jumlah cara partikel dan energinya dapat tersusun dalam suatu sistem. Lebih banyak cara berarti lebih banyak "ketidakteraturan".
Entropi meningkat dari padat ke cair ke gas seiring partikel menyebar ke lebih banyak susunan, sehingga $\Delta S$ bernilai positif
Perubahan entropi ($\Delta S$) bernilai positif ketika ketidakteraturan meningkat, dan negatif ketika menurun:
Perubahan
Tanda $\Delta S$
padat → cair → gas (meleleh, mendidih), atau melarut
positif
kenaikan suhu
positif
reaksi yang menghasilkan lebih banyak molekul gas
positif
reaksi yang menghasilkan lebih sedikit molekul gas
Here $T$ is the temperature in kelvin. A reaction is feasible (it can happen) when $\Delta G$ is negative or zero. The feasibility 可行性 therefore depends on temperature:
$\Delta H$
$\Delta S$
When feasible
negative
positive
at all temperatures
positive
positive
only at high temperature
negative
negative
only at low temperature
positive
negative
never
To find the changeover temperature, set $\Delta G = 0$, which gives $T = \Delta H / \Delta S$.
Worked example. A reaction has $\Delta H = +120\ \text{kJ mol}^{-1}$ and $\Delta S = +200\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$. Find $\Delta G$ at $298\ \text{K}$, and the temperature above which the reaction becomes feasible.
First match the units: $\Delta S = +0.200\ \text{kJ K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$. Then
$$\Delta G = \Delta H - T\Delta S = 120 - 298 \times 0.200 = +60\ \text{kJ mol}^{-1}\quad(\text{positive, so not yet feasible}).$$
Setting $\Delta G = 0$ gives $T = \Delta H/\Delta S = 120/0.200 = 600\ \text{K}$, so the reaction is feasible above $600\ \text{K}$.
Bahasa Indonesia
Perubahan energi bebas Gibbs menentukan apakah suatu reaksi dapat terjadi secara mandiri:
Di sini $T$ adalah suhu dalam kelvin. Suatu reaksi layak (dapat terjadi) ketika $\Delta G$ bernilai negatif atau nol. Oleh karena itu, kelayakan bergantung pada suhu:
$\Delta H$
$\Delta S$
Kapan layak
negatif
positif
pada semua suhu
positif
positif
hanya pada suhu tinggi
negatif
negatif
hanya pada suhu rendah
positif
negatif
tidak pernah
Apakah suatu reaksi layak ($\Delta G \leq 0$) bergantung pada tanda $\Delta H$ dan $\Delta S$, dan terkadang pada suhu
Untuk menemukan suhu transisi, tetapkan $\Delta G = 0$, yang menghasilkan $T = \Delta H / \Delta S$.
Contoh terpecahkan. Suatu reaksi memiliki $\Delta H = +120\ \text{kJ mol}^{-1}$ dan $\Delta S = +200\ \text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$. Temukan $\Delta G$ pada $298\ \text{K}$, dan suhu di atas mana reaksi menjadi layak.
Pertama sesuaikan satuannya: $\Delta S = +0.200\ \text{kJ K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$. Kemudian
$$\Delta G = \Delta H - T\Delta S = 120 - 298 \times 0.200 = +60\ \text{kJ mol}^{-1}\quad(\text{positive, so not yet feasible}).$$
Menetapkan $\Delta G = 0$ menghasilkan $T = \Delta H/\Delta S = 120/0.200 = 600\ \text{K}$, sehingga reaksi layak di atas $600\ \text{K}$.
Explore · Jelajahi
Gibbs free energy lab · Laboratorium energi bebas Gibbs
deltaG = deltaH - T deltaS
Move temperature and see when deltaG becomes negative. · Pindahkan suhu dan lihat kapan deltaG menjadi negatif.
In a Born-Haber cycle get each step's direction and sign right (atomisation, ionisation $+$; electron affinity, lattice formation $-$) and apply Hess's law around it.
Lattice energy is more exothermic for smaller, more highly charged ions (higher charge density).
Predict the sign of $\Delta S$ from the state changes (more gas moles = more disorder).
Use $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$; feasible when $\Delta G \le 0$ — convert $\Delta S$ from $\text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$ ($\div 1000$).
Bahasa Indonesia
Dalam siklus Born–Haber, pastikan arah dan tanda setiap langkah benar (atomisasi, ionisasi $+$; afinitas elektron, pembentukan kisi $-$) dan terapkan hukum Hess di sekitarnya.
Energi kisi lebih eksotermik untuk ion yang lebih kecil dan bermuatan lebih tinggi (kerapatan muatan lebih besar).
Prediksi tanda $\Delta S$ dari perubahan wujud (mol gas lebih banyak = ketidakteraturan lebih besar).
Gunakan $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$; layak jika $\Delta G \le 0$ — konversi $\Delta S$ dari $\text{J K}^{-1}\,\text{mol}^{-1}$ ($\div 1000$).
Interactive lessons on this topic · Pelajaran interaktif untuk topik ini
Work through it step by step, with instant-check exercises. · Kerjakan langkah demi langkah, dengan latihan pengecekan instan.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · Pilih satu dan situs mengikuti Anda — catatan, kertas, video, dan latihan semua terbuka di sana.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · Ketik untuk mencari catatan, pelajaran, kode, kosakata, dan pertanyaan soal lama di setiap mata pelajaran.
