Énergie réticulaire

Définition de l'énergie de réseau

Avant de plonger dans l'énergie de réseau et sa définition, examinons la liaison ionique. Les liaisons ioniques se produisent généralement entre un métal et un non-métal lorsqu'il y a un transfert d'électrons entre des éléments ayant des différences significatives d'électronégativité. En d'autres termes, si la différence d'électronégativité dépasse 1,7, une liaison ionique se forme.

Dans le tableau périodique, l'électronégativité augmente d'une période à l'autre et d'un groupe à l'autre (figure 1).

Figure 1. Tendances du tableau périodique : Electronégativité, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

Prenons un exemple !

Lescomposés ioniques sont ceux qui contiennent des liaisons ioniques. Ces composés sont fragiles et ont des points de fusion et d'ébullition élevés. Ils sont solides à température ambiante et forment une structure cristalline.

La structure du réseau cristallin du chlorure de potassium (KCl) est illustrée ci-dessous (figure 2). Tu remarqueras que le cation (^K+) entoure l'anion (^Cl-) de tous les côtés.

Figure 2. Structure du réseau de KCl, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

Pour briser les solides ioniques, il faut beaucoup d'énergie cinétique pour rompre les liens qui existent entre les ions. C'est là que l'énergie du réseau entre en jeu.

Par exemple, l'énergie du réseau pour la réaction entre le magnésium et le chlore est de 2536 kJ ^mol-1.

$$ \text{MgCl}_{2}(s)\longrightarrow \text{Mg}^{2+} (g)\text{ + 2Cl}^{-}(g)\text{ } $$

Tendances de l'énergie du réseau

Examinons maintenant les tendances de l'énergie du réseau. Le premier facteur qui influe sur l'énergie du réseau est la charge des ions, et plus la charge ionique est élevée, plus l'énergie du réseau est élevée. Plus la charge ionique est élevée, plus l'énergie du réseau est élevée. En effet, les ions de charge élevée ont tendance à être plus attirés les uns par les autres. Par conséquent, plus d'énergie est libérée lorsque des liaisons se forment entre eux.

En ce qui concerne le rayon ionique, la tendance générale est que les ions plus petits (petits rayons ioniques) auront une énergie de réseau plus élevée. Et pourquoi cela ? Parce que l'attraction entre les ions devient plus forte à mesure que la distance entre eux diminue !

Équation de l'énergie du réseau

Nous pouvons utiliser ces tendances pour prédire quel solide ionique aura l'énergie de réseau la plus élevée en utilisant l'équation ci-dessous :

$$ \text{Lattice Energy} \propto \frac{q_{1}\times q_{2} }{r} $$

Calcul de l'énergie de réseau

Il s'avère que l'énergie de réseau ne peut pas être déterminée expérimentalement. Mais, pour calculer l'énergie de réseau thermodynamique des solides ioniques, nous pouvons utiliser le cycle de Born-Haber.

Le cycle de Born-Haber suppose que le produit final est le composé ionique solide. Le cycle commence donc toujours avec les éléments dans leur état standard. Ensuite, les éléments sont convertis en ions gazeux, et enfin, ils sont convertis en un réseau solide.

La figure 4 montre le schéma de base du cycle de Born-Haber pour la réaction d'un métal (X) avec un halogène diatomique (_X2).

$$ \text{M (s) + }\frac{1}{2}\text{X}_{2} \longrightarrow \text{MX (s)} $$

Figure 4. Cycle de Born-Haber, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

Au départ, nous avons une réaction chimique pour la formation de HX (s) dans des conditions normales. La première partie consiste à faire passer le métal solide à l'état gazeux et à convertir _X2 en X.

• L'énergie absorbée/libérée lorsque le métal solide se transforme en métal gazeux s'appelle l'enthalpie de sublimation.
• L'énergie absorbée/libérée pour transformer _X2 en X est appelée enthalpie de dissociation.

Ensuite, les éléments gazeux sont transformés en ions gazeux. L'énergie absorbée/libérée par le gaz métallique au cours de ce processus est appelée énergie d'ionisation, tandis que l'énergie absorbée/libérée par l'halogène (g) est appelée affinité électronique. Enfin, l'énergie libérée lors de la formation de HX à partir des ions gazeux ^M+ et ^X- est l'énergie du réseau!

Énergie du réseau de NaCl

Maintenant que nous savons comment fonctionne le cycle de Born-Haber, examinons le diagramme du cycle de Bohr-Haber pour la formation du chlorure de sodium (NaCl). Tu remarqueras que l'énergie du réseau du NaCl est de - 788 kJ.

• Le signe négatif signifie que l'énergie est libérée lors de la formation du NaCl (s).

Figure 5. Cycle de Born-Haber du NaCl, Isadora Santos - StudySmarter Originals.

Pour calculer l'énergie du réseau à partir du cycle de Born-Haber, nous utilisons l'équation ci-dessous :

$$ \text{L'énergie du réseau (U) = }\Delta H_{f} \text{ - ( }\Delta H_{sub} \text{ + }\Delta H_{diss} \text{ + } IE \text{ + }EA ) $$

Ainsi, si nous devions utiliser les différentes valeurs énergétiques pour calculer l'énergie, nous obtiendrions -788 kJ.

$$ \text{Énergie du réseau (U) }= \text{- 411 kJ- (122 kJ+ 108 kJ+ 496 kJ - 349 kJ)} =\text{- 788 kJ} $$

Importance de l'énergie du réseau

Quelle est donc l'importance de l'énergie du réseau dans la formation d'un sel ? L'énergie du réseau aide les chimistes à déterminer la force des solides ioniques et la quantité d'énergie nécessaire pour former un solide ionique à partir d'ions gazeux, ou pour rompre la liaison ionique afin de convertir le solide ionique en ses ions gazeux !

J'espère que tu as pu comprendre un peu mieux le concept de l'énergie du réseau !