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- Cet article est consacré à l'énergie de réseau.
- Tout d'abord, nous verrons la définition de l'énergie de réseau.
- Ensuite, nous parlerons des tendances en matière d'énergie de réseau.
- Enfin, nous verrons comment calculer l'énergie de réseau.
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.
L'électronégativité désigne la capacité d'un atome particulier à attirer les électrons à lui.
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 !
La liaison dans le chlorure de potassium (KCl) est-elle ionique ou covalente ?
La première chose à faire est de regarder les valeurs d'électronégativité du potassium (K) et du chlore (Cl). Le potassium a une valeur EN de 0,8, tandis que le chlore a une valeur EN de 3,0.
Maintenant, nous pouvons calculer la différence d'électronégativité entre eux.
$$ \text{Différence d'EN = 3,0 - 0,8 = 2,2} $$
Puisque la différence dépasse 1,7, la liaison dans le KCl est donc une liaison ionique !
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.
Lessolides ioniques sont constitués d'ions reliés entre eux par des liaisons ioniques.
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.
L'énergie du réseau (\( \Delta H_{latt}^{\Theta}\)) est l'énergie nécessaire pour séparer 1 mole d'un composé ionique en ions gazeux.
Par exemple, l'énergie du réseau pour la réaction entre le magnésium et le chlore est de 2536 kJ mol-1.
$$ \text{MgCl}_{2}(s)\longrightarrow \text{Mg}^{2+} (g)\text{ + 2Cl}^{-}(g)\text{ } $$
Si nous avions eu la formation de MgCl2 à la place, l'énergie du réseau serait toujours la même, mais elle serait négative en raison de la libération d'énergie !
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 :
$$ \text{Lattice Energy} \propto \frac{q_{1}\times q_{2} }{r} $$
Prévois lequel des éléments suivants aura l'énergie de réseau la plus élevée et classe-les de la plus petite à la plus grande énergie de réseau.
- LiI
- CsBr
- MgCl2
- ZnO
Tout d'abord, nous devons écrire les charges de chacun de ces ions.
- Li+1 et I-1
- Cs+1 et Br-1
- Mg2+ et Cl-1
- Zn2+ et O2-
Puisque l'énergie du réseau est proportionnelle à \( \frac{q_{1}\times q_{2} }{r} \) (et que r ne varie pas), nous pouvons d'abord essayer de faire une estimation en nous basant sur les charges. Comme le ZnO est celui qui a le plus grandnombre de charges , il aura l'énergie de réseau la plus élevée.
Maintenant, si deux composés ont les mêmes charges (comme c'est le cas pour LiI et CsBr), celui qui a les ions les plus petits aura une énergie plus élevée. Par conséquent, l'ordre de la plus petite à la plus grande énergie de réseau est le suivant :
$$ \text{CsBr < LiI < MgCl}_{2}\text{ < ZnO} $$.
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 est une méthode utilisée pour calculer l'énergie du réseau ou l'enthalpie de formation des composés ioniques formés à partir d'ions gazeux.
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!
L'enthalpie de formation est la somme de toutes les énergies (1,2,3,4 et 5) du cycle de Bohr Haber !
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 !
L'énergie du réseau - Points clés à retenir
- Lesliaisons 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.
- Plus la charge des ions est élevée, plus l'énergie du réseau est importante.
- Les ions plus petits (petits rayons ioniques) auront une énergie de réseau plus élevée.
- Le cycle de Born-Haber est une méthode utilisée pour calculer l'énergie du réseau des composés ioniques formés à partir d'ions gazeux.
Références
- Theodore Lawrence Brown, Eugene, H., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2018). Chimie : la science centrale (14e éd.). Pearson.
- House, J. E., & Kathleen Ann House. (2016). Chimie inorganique descriptive. Amsterdam ; Boston ; Heidelberg ; Londres ; New York ; Oxford ; Paris ; San Diego ; Singapour ; Sydney ; Tokyo Elsevier.
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