دورة بورن-هابر

Core idea

Overview

دورة بورن-هابر هي تطبيق كيميائي حراري لقانون هيس يُستخدم لحساب طاقة الشبكة للمواد الصلبة الأيونية البلورية. تربط هذه الدورة إنثالبي التكوين القياسي لمركب أيوني بالطاقة المطلوبة لذرة وتأين العناصر المكونة.

When to use: استخدم هذه الدورة عندما لا يكون القياس التجريبي المباشر لإنثالبي الشبكة ممكنًا. يمكن تطبيقها لحساب أي مكون طاقي مفقود في تكوين مركب أيوني عندما تكون القيم الديناميكية الحرارية الأخرى معروفة.

Why it matters: تسمح هذه الدورة للعلماء بتقييم قوة الروابط الأيونية واستقرار البلورات. غالبًا ما تكشف الفروق بين طاقة الشبكة النظرية والقيم المشتقة من الدورة عن درجة الطابع التساهمي في الرابطة.

Symbols

Variables

$Δ$ $H_{f}$ = Enthalpy of Formation, $Δ$ $H_{a t}$ (M) = Atomization (Metal), $Δ$ $H_{a t}$ (X) = Atomization (Non-metal), IE = Ionization Energy, EA = Electron Affinity

Δ H_{f}

Enthalpy of Formation

kJ/mol

Δ H_{a t} (M)

Atomization (Metal)

kJ/mol

Δ H_{a t} (X)

Atomization (Non-metal)

kJ/mol

IE

Ionization Energy

kJ/mol

EA

Electron Affinity

kJ/mol

Δ H_{L E}

Lattice Enthalpy

kJ/mol

Walkthrough

Derivation

فهم دورة بورن-هابر

يطبق قانون هيس لحساب إنثالبي الشبكة عن طريق تقسيم تكوين المركب الأيوني إلى خطوات غازية.

خطوات الدورة نظرية وتستخدم قيم إنثالبي قياسية.

1

استخدام قانون هيس حول الدورة:

إنثالبي التكوين يساوي مجموع الخطوات الوسيطة بالإضافة إلى إنثالبي الشبكة (مع الإشارات الصحيحة).

Δ_{f} H^{⊖} = \sum (atomisation, IE, EA) + Δ_{latt} H^{⊖}

Note: تعتمد الخطوات الدقيقة على المركب الأيوني (عدد التأينات / الألفة الإلكترونية).

Result

Δ_{f} H^{⊖} = \sum (atomisation, IE, EA) + Δ_{latt} H^{⊖}

Source: OCR A-Level Chemistry A — Energetics (Born–Haber cycles)

Free formulas

Rearrangements

Solve for $Δ H_{f}^{θ}$

اجعل Delta Hf^theta موضوع المعادلة

Δ H_{f}^{θ} = Δ H_{a t} (M) + Δ H_{a t} (X) + I E (M) + E A (X) + Δ H_{L E}

ابدأ بمعادلة دورة Born-Haber العامة وقم بتوسيع مصطلحاتها لتحديد المحتوى الحراري القياسي للتكوين لمركب أيوني محدد.

Difficulty: 2/5

Solve for $Δ H_{L E}$

اجعل Lattice Enthalpy موضوع المعادلة

Δ H_{L E} = Δ H_{f}^{θ} - Δ H_{a t} (M) - Δ H_{a t} (X) - I E (M) - E A (X)

أعد ترتيب معادلة دورة Born-Haber لعزل المحتوى الحراري للشبكة ( $Δ$ $H_{L E}$ )، وتوسيع المصطلحات العامة إلى مكونات محددة للمعادن وغير المعدنية.

Difficulty: 2/5

The static page shows the finished rearrangements. The app keeps the full worked algebra walkthrough.

Visual intuition

Graph

Graph type: linear

Why it behaves this way

Intuition

تخيل دورة طاقة مغلقة، مثل رحلة متعددة المراحل، حيث يكون التغير الكلي في الطاقة لتكوين مركب أيوني من عناصره هو مجموع تغيرات الطاقة لكل خطوة وسيطة في التذرية.

Term

الإنثالبي القياسي للتكوين

التغير الكلي في الطاقة للتفاعل الكيميائي العام لتكوين المركب الأيوني من عناصره الأساسية في حالاتها القياسية.

Term

إنثالبي التذرية

تكلفة الطاقة لكسر الشكل العنصري (مثل الروابط الفلزية في Na، الروابط التساهمية في Cl2) للحصول على ذرات غازية فردية معزولة جاهزة للتفاعل. هذه الخطوة تتطلب دائمًا مدخلات طاقة.

Term

طاقة التأين

تكلفة الطاقة لإنشاء أيون موجب من ذرة غازية متعادلة عن طريق إزالة إلكترون. تعكس مدى إحكام الإلكترون الخارجي الذي يحتفظ به النواة وتتطلب دائمًا مدخلات طاقة.

Term

الألفة الإلكترونية

التغير في الطاقة المرتبط بإنشاء أيون سالب من ذرة غازية متعادلة عن طريق إضافة إلكترون. قيمة سالبة تعني تحرر الطاقة (مفضل)، بينما قيمة موجبة تعني الحاجة للطاقة.

Term

إنثالبي الشبكة (إنثالبي تكوين الشبكة)

الطاقة المنبعثة عندما تتجمع الأيونات الموجبة والسالبة الغازية لتكوين الشبكة البلورية المستقرة. قيمة أكثر سلبية تشير إلى جاذبية كهروستاتيكية أقوى وشبكة أكثر استقرارًا.

Free study cues

Insight

Canonical usage

جميع الحدود في معادلة دورة بورن-هابر تمثل تغيرات في المحتوى الحراري ويجب التعبير عنها بوحدات طاقة مولارية متسقة، عادةً الجول لكل مول أو الكيلوجول لكل مول.

Ballpark figures

Quantity:
Quantity:
Quantity:
Quantity:
Quantity:

One free problem

Practice Problem

احسب إنثالبي الشبكة (LE) لكلوريد الصوديوم (NaCl) باستخدام البيانات الكيميائية الحرارية التالية: إنثالبي التكوين (Hf) = -411 كيلوجول/مول، إنثالبي تذرية Na (HatM) = 107 كيلوجول/مول، إنثالبي تذرية Cl (HatX) = 121 كيلوجول/مول، طاقة التأين الأولى لـ Na (IE) = 496 كيلوجول/مول، وتقارب الإلكترون لـ Cl (EA) = -349 كيلوجول/مول.

Hint: أعد ترتيب المعادلة لتصبح LE = Hf - (HatM + HatX + IE + EA).

The full worked solution stays in the interactive walkthrough.

Where it shows up

Real-World Context

في سياق شرح سبب استقرار كلوريد الصوديوم (NaCl)، تُستخدم معادلة دورة بورن-هابر لتحويل القياسات إلى قيمة يمكن تفسيرها. وتكمن أهمية الناتج في أنه يساعد على ربط الكميات المقاسة بالتركيز أو المردود أو تغير الطاقة أو سرعة التفاعل أو الاتزان.

Study smarter

Tips

تأكد من صحة التكافؤ: إذا كانت الصيغة MX₂، فتأكد من مضاعفة EA واستخدام قيم ذرة مناسبة.
إنثالبي الشبكة وإنثالبي التكوين دائمًا تقريبًا سالبة (طاردة للحرارة).
طاقة التأين دائمًا موجبة (ماصة للحرارة)، بينما تقارب الإلكترون عادة ما يكون سالبًا للإلكترون الأول.
تحقق من أن جميع القيم تستخدم وحدات متسقة، عادة kJ/mol.

Avoid these traps

Common Mistakes

أخطاء في الإشارة (ماص مقابل طارد).
نسيان تذرية العناصر ثنائية الذرات.
قيم تقارب إلكتروني خاطئة.

Keep going

Related Formulas

Common questions

Frequently Asked Questions

يطبق قانون هيس لحساب إنثالبي الشبكة عن طريق تقسيم تكوين المركب الأيوني إلى خطوات غازية.

استخدم هذه الدورة عندما لا يكون القياس التجريبي المباشر لإنثالبي الشبكة ممكنًا. يمكن تطبيقها لحساب أي مكون طاقي مفقود في تكوين مركب أيوني عندما تكون القيم الديناميكية الحرارية الأخرى معروفة.

تسمح هذه الدورة للعلماء بتقييم قوة الروابط الأيونية واستقرار البلورات. غالبًا ما تكشف الفروق بين طاقة الشبكة النظرية والقيم المشتقة من الدورة عن درجة الطابع التساهمي في الرابطة.

أخطاء في الإشارة (ماص مقابل طارد). نسيان تذرية العناصر ثنائية الذرات. قيم تقارب إلكتروني خاطئة.

في سياق شرح سبب استقرار كلوريد الصوديوم (NaCl)، تُستخدم معادلة دورة بورن-هابر لتحويل القياسات إلى قيمة يمكن تفسيرها. وتكمن أهمية الناتج في أنه يساعد على ربط الكميات المقاسة بالتركيز أو المردود أو تغير الطاقة أو سرعة التفاعل أو الاتزان.

تأكد من صحة التكافؤ: إذا كانت الصيغة MX₂، فتأكد من مضاعفة EA واستخدام قيم ذرة مناسبة. إنثالبي الشبكة وإنثالبي التكوين دائمًا تقريبًا سالبة (طاردة للحرارة). طاقة التأين دائمًا موجبة (ماصة للحرارة)، بينما تقارب الإلكترون عادة ما يكون سالبًا للإلكترون الأول. تحقق من أن جميع القيم تستخدم وحدات متسقة، عادة kJ/mol.

References

Sources

Atkins' Physical Chemistry
IUPAC Gold Book
Wikipedia: Born-Haber cycle
P. W. Atkins, J. de Paula, J. Keeler, Atkins' Physical Chemistry, 11th ed., Oxford University Press, 2018
Atkins' Physical Chemistry, 11th Edition
IUPAC Gold Book (Compendium of Chemical Terminology)
OCR A-Level Chemistry A — Energetics (Born–Haber cycles)

Overview

Variables

Derivation

استخدام قانون هيس حول الدورة:

Rearrangements

Graph

Intuition

Insight

Practice Problem

Real-World Context

Tips

Common Mistakes

Related Formulas

Enthalpy of Atomization

Frequently Asked Questions

Sources