玻恩-哈伯循环

玻恩-哈伯循环是一种分析反应能的方法。 它以1919年开发的两位德国科学家Max Born和Fritz Haber的名字命名。它也是由Kasimir Fajans独立制定的，并在同一期刊的同一期同时发表。 该循环与金属（通常是第 I 族或第 II 族元素）与卤素或其他非金属元素（例如氧）反应形成离子化合物有关。

玩恩-哈伯循环主要用作计算晶格能量（或更准确地说是焓）的一种方法，否则无法直接测量晶格能量。 晶格焓是从气态离子形成离子化合物（放热过程）所涉及的焓变，或者有时定义为将离子化合物分解成气态离子（吸热过程）的能量。 一个进步-哈伯循环应用赫斯定律通过比较离子化合物（从元素）形成的标准焓变与从元素制造气态离子所需的焓来计算晶格焓。

这个点阵计算很复杂。 要从元素中制造气态离子，必须先将元素原子化（将每个元素变成气态原子），然后再将原子电离。 如果元素通常是一个分子，那么我们首先必须考虑它的键解离焓（另请参见键能）。 去除一个或多个电子以形成阳离子所需的能量是连续电离能的总和； 例如，形成 Mg2+ 所需的能量是从 Mg 中去除xxx个电子所需的电离能加上从 Mg+ 中去除第二个电子所需的电离能。 电子亲和力定义为当一个电子加到气态的中性原子或分子上形成负离子时所释放的能量。

玻恩-哈伯循环仅适用于完全离子化的固体，例如某些碱金属卤化物。 大多数化合物包括对化学键合和晶格能的共价和离子贡献，这由扩展的 Born-Haber 热力学循环表示。 扩展的玻恩-哈伯循环可用于估计极性化合物的极性和原子电荷。

氟化锂 (LiF) 从其稳定形式的元素锂和氟形成的焓在图中分五个步骤建模：

• 锂原子化焓
• 锂的电离焓
• 氟的雾化焓
• 氟的电子亲和力
• 晶格焓

同样的计算适用于锂以外的任何金属或氟以外的任何非金属。

该过程每一步的能量总和必须等于金属和非金属的生成焓 Δ H f {\displaystyle \Delta H_{f}} 。

Δ H f = V + 1 2 B + I E M − EA X + U L {\displaystyle \Delta H_{f}=V+{\frac {1}{2}}B+{\mathit {IE}}_ {{\ce {M}}}-{\ce {EA}}_{{\ce {X}}}+U_{L}}

• V 是金属原子（锂）的升华焓
• B 是（F2 的）键能。 使用系数1/2是因为生成反应是Li + 1/2 F2 → LiF。
• IE M {\displaystyle {\ce {{\mathit {IE}}_{M}}}} 是金属原子的电离能：M + IE M ⟶ M + + e − { displaystyle {\ce {{M}+{\mathit {IE}}_{M}->{M+}+e{-}}}}
• EA X {\displaystyle {\ce {{\mathit {EA}}_{X}}}} 是非金属原子X（氟）的电子亲和力
• U L {\displaystyle U_{L}} 是晶格能（这里定义为放热）

净生成焓和五种能量中的前四种可以通过实验确定，但不能直接测量晶格能。 相反，晶格能量是通过从净生成焓中减去去恩-哈伯循环中的其他四种能量来计算的。

循环这个词指的是这样一个事实，即一个循环过程的总焓变也可以等于零，在示例中以 LiF(s) 开始和结束。 这将导致

0 = − Δ H f + V + 1 2 B + I E M − E A X + U L {\displaystyle 0=-\Delta H_{f}+V+{\frac {1}{2}}B+{\mathit {IE}}_{{\ce {M}}}-{\mathit {EA}}_{{\ce {X}}}+U_{L}}

这相当于前面的等式。

在常温下，Na为固体，Br2为液体，将汽化热加入方程：

Δ H f = V + 1 2 B + 1 2 Δ v a p H + I E M − EA X + U L {\displaystyle \Delta H_{f}=V+{\frac {1}{2}}B+{\ frac {1}{2}}\Delta _{vap}H+{\mathit {IE}}_{{\ce {M}}}-{\ce {EA}}_{{\ce {X}}}+U_{L}}

• Δ v a p H {\displaystyle \Delta _{vap}H} 是 Br2 的汽化焓，单位为 kJ/mol。