点阵能

也称晶格能,是指由相互远离的气态离子或分子形成 1摩尔化合物晶体时所释放出的能量(更严谨的定义还须指定温度),因晶体具有点阵式的周期性结构,故得名。如对由正、负离子M+和X-组成的离子晶体,下式中的U 即形成1摩尔离子化合物MX的点阵能

M+(气态)+X-(气态)─→MX(晶态)+U

点阵能是衡量晶体中离子间或分子间键结合能大小的一个量度,是阐明晶体物理、化学性质的重要物理量。分子晶体的点阵能因以分子间作用力为基础,比离子晶体的点阵能要小得多。例如,分子氮晶体的点阵能是7.1千焦/摩尔,而离子晶体氯化钠的点阵能为757.3千焦/摩尔。

M.玻恩和A.朗德在1918年提出了二元型离子晶体点阵能的理论公式:

公式 符号

式中N阿伏伽德罗数;m为与离子电子构型有关的玻恩指数;r0为最邻近的正、负离子的平衡距离(即离子键长);w+w-为正、负离子的电价e为电子的电量;α为马德伦常数,它与离子晶体的结构类型有关,例如,氯化钠型和立方硫化锌型晶体的 α值分别为1.748与1.638。以氯化钠型结构的α值为例:

公式 符号

式中第一项的分子数 6代表与正离子最邻近的负离子数,分母数1是以r0为单位的正、负离子间距离;第二项的分子数12是正离子和次邻近的正离子数,分母数公式 符号是以r0为单位的相应正、正离子间的距离,其余项可类推。显然,α 的导出是以库仑静电作用为基础的。

点阵能较难由实验直接测定,但可根据玻恩-哈伯热化学循环,由金属元素M(气体)的电离能、非金属元素X(气体)的电子亲和能、M(晶体)的升华热和MX(晶体)的生成热等有关的热效应间接推算出来。