Question

شرح دورة بورن هابر Born-Haber Cycle مع الأمثلة والتمارين؟

Answer 1

دورة بورن هابر Born - Haber Cycle

- يصاحب تكوين المركبات الأيونية ظهور طاقة ، وكلما زادت هذه الطاقة يزداد المركب الأيوني ثباتاً واستقراراً.

- ويمكن حساب طاقة تكوين المركب الأيوني وذلك بجمع التغيرات في الطاقة لجميع الخطوات اللازمة لتكون المركب الأيوني من عناصره باستخدام قانون هس.

مثال توضيحي: حساب طاقة تكوين مركب كلوريد الصوديوم من عناصره:

تكوين مركب كلوريد الصوديوم من عناصره يمر بالخطوات التالية:

(1) تكوين غاز الصوديوم وذلك بـتـحـوبل الصوديوم الصلب إلى غاز ، وتحتاج هذه العملية إلى طاقة تسمى (طاقة التسامي) :

(2) تكوين ايون الصوديوم ( تأين الصوديوم) ، وهذه العملية تحتاج إلى طاقة تسمى (طاقة التأين ionization energy):

(3) تکوین ذرات الـكلـور وذلك مـن خـلال كـسـر الـرابطة بين ذرتي الـكلـور فـي جـزئ الكلور ، وهذه العمليـة تـحـتـاج إلى طاقـة تسمى (طاقة الرابطة bond energy) وتسمى ايضاً بطاقة التذرية energy atomization

(4) تكوين أيون الكلور (تأين الكلور) ، وهذه العملية ينتج عنها طاقة تسمى (طاقة الألفة الإلكترونية electron affinity energy)

(5) تكوين كلوريد الصوديوم الصلب وذلك من اتحاد (⁺Na ) مع ( ^--Q ) ، وهذه العمليـة ينتج عنها طاقة تسمى (طاقة الشبكة البلورية lattice energy)

يمكن حساب قيمة طاقة التكوين H_f∆ بجمع التغيرات في الطاقة كما يلي:

ملاحظات هامة

(1) لوجمعنا طاقات جميع الخطوات باستثناء الخطوة الخامسة نجد أنها ماصة للحرارة ( 378+) ولا تؤدي إلى الاسـتـقـرار . لكن عند إضـافـة الخطوة الخـامـسـة اي طـاقـة الشبكة البلورية (789-) نجد ان التفاعل الكلي أصبح طارداً للحرارة (411-) أي أن المركب الأيوني صاحبه استقرار . لذلك يمكن الاستنتاج أن طاقة الشبكة البلورية هي المسئولة الرئيسية عن تكون وثبات المركب الأيوني.

ملاحظة: طاقة التفاعل لو كانت بالموجب لما تكونت الرابطة الأيونية مطلقاً.

(2) نلاحظ أن الطاقة الناتجة (المنطلقة) تساوي (411kJ) وهذا يعني ان طاقة الوضع ( الداخلية ) انخفضت نتيجة للتفاعل بمقدار (411kJ) وهذا يعني أن طاقة النواتج أقل من طاقة المتفاعلات ، أي أن النواتج أكثر استقراراً من العناصر المتفاعلة.

طاقة نواتج + 411 كيلو جول = طاقة المتفاعلات 

طاقة النواتج < طاقة المتفاعلات

 ويمكن اختصار العمليات السابقة فى المخطط التالي والذي يعرف بدائرة بورن هابر  Born - Haber Cycle

أمثلة محلولة على دورة بورن - هابر

مثال (1): أحسب طاقة تكوين مركب اكسيد الماغنسيوم من عناصره

علماً بان تكوین مرکب المغنيسيوم من عناصره يمر بالخطوات التالية:

الحل:

يمكن حساب قيمة طاقة التكوين H_f∆ بجمع التغيرات في الطاقة كما يلي:

وهذا يعني أن طاقة الوضع ( الداخلية) انخفضت نتيـجـة للتفاعل بحـقـدار (611KJ) وهذا يعني أن طاقة النواتج أقل من طاقة المتفاعلات ، اي أن النواتج أكـثـر اسـتـقـراراً من العناصر المتفاعلة.

 411KJ + طاقة النواتج = طاقة المتفاعلات

ويمكن اختصار العمليات السابقة في المخطط التالي والذي يعرف بدائرة بورن هابر - Born Haber Cycle

ملاحظة: مركب NaCl₂ غير ثابت أى أنه لا يمكن ان يتكون بتفاعل الصوديوم مع الكلور ويمكن إثبات ذلك من خلال المثال التالي.

Answer 2

مثال (2): احسب طاقة التكوين لـمركب NaCl₂ حسب التفاعل التالي:

وفق المعلومات التالية:

طاقة التسامي للصويودم = 109KJ/mol

طاقة تأين الصوديوم الأولى = 496KJ/mol

طاقة تأين الصوديوم الثانية = 4565KJ/mol

طاقة الرابطة للكلور = 238KJ/mol

طاقة الألفةالالكترونية الكلور = 348KJ/mol-

طاقة الشبكة البللورية لمركب NaCl₂ تساوي 2155KJ/mol-

الحل:

ملاحظة: هناك ذرتين من الكلور (NaCl₂) ، وكل ذرة سوف تكتسب إلكتروناً ، وبذلك سوف نضرب الألفة الإلكترونية في العدد (2)

نلاحظ أن طاقة التفاعل موجبة (2557kJ/mol +) وهذا يعني أن التفاعل ماصاً للحرارة أي أن طاقـة الـنـواتـج سـوف تزداد وهذا يقلل ثباتها، أي أن المركب NaCl₂ غير ثابت ولا يتكون إطلاقاً.

ملاحظة : يمكن إيجاد طاقـة أي خطوة بمعلومية طاقة الخطوات الأخرى ، فمثلا يمكن إيجاد طاقة الشبكة البلورية بمعلومية (....... , H_f , ∆H₁ , ∆H₂∆)

مثال (3): احسب طاقة الشبكة البلورية لـ CaO واستفد من المعلومات:

طاقة التكوين Cao(s) تساوي 635.5KJ/mol-

طاقة التسامي للكالسيوم = 192.5kJ/ mol+

طاقة تفكك الأكسجين (O = O) تساوي 495KJ/mol+

طاقة التأين الأولى للكالسيوم = 589.5kJ / mol +

طاقة التأين الثانية للكالسيوم = 1145.2kJ mol +

طاقة الألفة الإلكترونية الأولى للأكسجين = 141.8kJ / mol -

طاقة الألفة الإلكترونية الثانية للأكسجين = 844.2kJ/ mol+

الحل:

ويمكن توضيح التفاعل السابق فى مخطط بورن هابر كما يلي: