Ciclo de Born-Haber

Ciclo de Born-Haber

En 1917, Born y Haber propusieron un ciclo termodinámico para el cálculo de la energía del retículo de sustancias iónicas ((ΔEret). El cálculo se realiza según la Ley de Hess. En este ciclo, es tomada en consideración la reacción heterogénea para la síntesis de la sal.

A) Para compuestos del tipo MX (por ejemplo: NaCl, KBr, CsI etc.):

b) Para compuestos del tipo MX2 (por ejemplo CaF2, MgBr2 etc.):

Con excepción del ΔEret, todos los otros valores son tabulados o pueden ser obtenidos experimentalmente. Las entalpías mostradas indican:

·         ΔHof  = entalpía padrón de formación del sólido iónico. La entalpía padrón de formación de una sustancia es el calor (a presión constante) liberado o consumido en la formación de 1 mol de la sustancia a partir de sustancias simples en estado padrón (estado físico y alotrópico más estable a 298 K y 1 atm). Por convención las sustancias elementales tienen entalpía padrón igual a cero.

·         ΔHosub = entalpía de sublimación (o vaporización) del metal.

·         Edis = energía de disociación – energía necesaria para disociar (X2 → 2X) 1 mol de moléculas de gas. También llamada energía de atomización.

·         ΔHPI = potencial de ionización.

·      ΔHAE = variación de entalpía asociada al proceso de afinidad electrónica (A.E.) (energía de electroafinidad)

Para que exista formación de cloruro de sodio, debe ocurrir transferencia de electrones (reacción redox). El ciclo de Born-Haber intenta mostrar la energía de las etapas involucradas en la reacción entre las sustancias en sus formas elementales. En el caso específico del cloruro de sodio, la transferencia de electrones se da del sólido para el cloro.

Las etapas indicadas en el ciclo de Born-Haber para el NaCl son las siguientes:

1.        Reacción heterogénea de formación de la sal a partir de las sustancias simples. Na (s) + ½ Cl2 (g) → NaCl (s) (ΔHof = -411,1 kJ/mol).
2.       Vaporización (sublimación) del sólido metálico, que es sólido a temperatura ambiente. Na (s) → Na (g) (ΔHosub = +107,8 kJ/mol).
3.        Disociación (quiebre homogéneo) de la molécula biatómica de Cl2, generando átomos de cloro. Cl-Cl (g) → 2 Cl (g) (Edis = +121 kJ/mol). Entonces, 1/2 Edis = 119,9 kj/mol.
4.         Ionización del sodio en fase gaseosa. Na (g) → Na+ (g) + 1e (ΔHPI = +495,4 kJ/mol).
5.     Formación de Cl- en fase gaseosa. Afinidad electrónica y la energía liberada por la adición de un electrón a un átomo en estado gaseoso. Cl (g) + 1e → Cl- (g) (ΔHAE = -348,8 kJ/mol).
6.        Formación de los pares iónicos en fase gaseosa [Na+Cl-], en virtud de la atracción electroestática. 

La energía reticular expresa la fuerza con que están unidas las partículas de un sólido cristalino y depende de la intensidad de la fuerza de interacción entre los iones y la geometría del retículo. Cuanto menor la distancia inter-iónica catión-anión, mayor la atracción entre las cargas opuestas.