jueves, 8 de diciembre de 2011

Energia Reticular

Instituto    Tecnológico  De Apizaco
 Profesor: Antonio Enrique Huerta Sánchez

Alumno: Alexandro Tornel Cruz

Investigación: Energía reticular

Especialidad: Electromecánica

Aula: D2


Índice


Introducción…………………………………………………………3,4                   


Definición de energía reticular………………………………..5


Ley de coulomb……………………………………………………..6,7


Enlace metálico……………………………………………8,9,10,11


Etapas indicadas en el ciclo  De Born-Haber para el NaCl……………………………………………………12,13,14,15,16


Bibliografia……………………………………………………………17


INTRODUCION

Atreves de este trabajo  definiremos  y explicaremos en gran parte el tema de la  Energía Reticular para un mayor entendimiento así mismo  plantear las  ideas de autores importantes que hicieron trascender este tema, todo  para que nosotros los estudiantes tengamos una mejor idea sobre este tema.
A continuación daremos una definición más teórica sobre el tema principal.
La energía reticular o energía de red es la energía requerida para separar completamente un mol de un compuesto iónico en sus iones gaseosos. En otras palabras, es la energía que se obtendría de la formación de un compuesto iónico a partir de sus iones gaseosos. Muestra la estabilidad de la red cristalina. La energía reticular presenta dimensiones de energía/mol y las mismas unidades que la entalpía estándar (ΔHo), pero de signo contrario, es decir kJ\ /mol.
No es posible medir la energía reticular directamente. Sin embargo, si se conoce la estructura y composición de un compuesto iónico, puede calcularse, o estimarse, mediante la ecuación que proporciona el modelo iónico y que se basa entre otras leyes en la Ley de Coulomb. Alternativamente, se puede calcular.

Bueno El modelo iónico, es decir, el que considera al sólido iónico como formado por cationes y aniones unidos por fuerzas electrostáticas, es un caso límite de enlace en sólidos y es válido, solamente, cuando existe una gran diferencia de electronegatividad entre ambos elementos.
En un sólido idealmente iónico, los electrones se encuentran completamente localizados en los iones correspondientes y sujetos sólo a la influencia de sus núcleos respectivos. No existe deslocalización de electrones como en el caso de los sólidos metálicos ni compartición de los mismos como en los sólidos covalentes. Como consecuencia de esta estricta localización de los electrones, los sólidos iónicos no conducen la corriente eléctrica, por lo que son aislantes.
Ciclo de Born–Haber para el NaCl.
La energía de red también se puede determinar experimentalmente de un modo indirecto aplicando la ley de Hess, que es un caso particular del primer principio de la termodinámica. En este caso se usa el llamado ciclo de Born-Haber que consiste en evaluar un ciclo termodinámico que es el resultado de considerar, o bien la energía puesta en juego en la formación del compuesto iónico sólido por un camino directo, es decir, a partir de los elementos que forman el compuesto en su estado estándar, o bien la energía transferida en la formación de dicho compuesto a partir de sus elementos en estado estándar pero a través de un camino indirecto que comprende varias etapas.
En grandes rasgos esto constara el trabajo elaborado el desarrollo contara con planteamientos más explícitos y ya trabajados.


Desarrollo

Energía reticular
La energía reticular o energía de red es la energía requerida para separar completamente un mol de un compuesto ionice en sus iones gaseosos. En otras palabras, es la energía que se obtendría de la formación de un compuesto iónico a partir de sus iones gaseosos. Muestra la estabilidad de la red cristalina. La energía reticular presenta dimensiones de energía/mol y las mismas unidades que la entalpía estándar (ΔHo), pero de signo contrario, es decir kJ\ /mol.
No es posible medir la energía reticular directamente. Sin embargo, si se conoce la estructura y composición de un compuesto iónico, puede calcularse, o estimarse, mediante la ecuación que proporciona el modelo iónico y que se basa entre otras leyes en la Ley de Coulomb. Alternativamente, se puede calcular indirectamente a través de ciclos termodinámicos.




Ley de Coulomb
Determina las propiedades de fuerza electrostática que surgen de una o varias fuerzas eléctricas. Guarda una gran similitud con la Ley de Gravitación Universal.
La Ley de Coulomb fue enunciada por Charles-Augustin de Coulomb en 1785, gracias a una balanza de torsión con la que realizaba los experimentos (midiendo así la fuerza de atracción o de repulsión que sufrían dos cargas eléctricas).
La ecuación de la ley de Coulomb es la siguiente:


F = es el vector Fuerza que sufren las cargas eléctricas. Puede ser de atracción o de repulsión, dependiendo del signo que aparezca (función de que las cargas sean positivas o negativas).
q = son las cargas sometidas al experimento.
Epsilon = permitividad.
ud = vector director que une las cargas q1 y q2.
d = distancia entre las cargas.
Al cociente 1/4(pi) E se le llama Constante de Coulomb.


La magnitud de cada una de las fuerzas eléctricas con que interactúan dos cargas puntuales en reposo es directamente proporcional al producto de la magnitud de ambas cargas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa.
La constante de proporcionalidad depende de la constante dieléctrica del medio en el que se encuentran las cargas.

La ley de Coulomb es válida sólo en condiciones estacionarias, es decir, cuando no hay movimiento de las cargas o, como aproximación cuando el movimiento se realiza a velocidades bajas y en trayectorias rectilíneas uniformes. Es por ello que es llamada fuerza electrostática.
En términos matemáticos, la magnitud  de la fuerza que cada una de las dos cargas puntuales  y  ejerce sobre la otra separadas por una distancia  se expresa como:
Enlace metálico

Un enlace metálico es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión entre núcleos atómicos y los electrones de valencia que se agrupan alrededor de estos como una nube) de los metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que produce estructuras muy compactas. Se trata de redes tridimensionales que adquieren la estructura típica de empaquetamiento compacto de esferas. En este tipo de estructura cada átomo metálico está rodeado por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por debajo). Además, debido a la baja electronegatividad que poseen los metales, los electrones de valencia son extraídos de sus orbitales y tienen la capacidad de moverse libremente a través del compuesto metálico, lo que otorga a éste las propiedades eléctricas y térmicas. Este enlace sólo puede presentarse en sustancias en estado sólido. En relación 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. 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).
1. 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.
1. Ionización del sodio en fase gaseosa. Na (g) → Na+ (g) + 1e (ΔHPI = +495,4 kJ/mol).
1. 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).
1. Formación de los pares iónicos en fase gaseosa [Na+Cl-], en virtud de la atracción electroestática. El balanceo entre la atracción y la repulsión electroestática provoca el establecimiento de una distancia interiónica de equilibrio volviendo el sistema más estable que los iones aislados. Estos pares están en forma gaseosa, pero, bajo la atracción electroestática que es ejercida sobre todos los iones, el conjunto de pares va aumentando. De esa forma comienza a ocurrir la reunión y superposición de los pares, hasta que sea formado un único grupo que constituirá un sólido cristalino macroscópico tridimensional, de geometría definida y estable. La estabilidad es alcanzada debido al abatimiento de energía del sistema ligado, provocado por la liberación de energía: la energía reticular (ΔEret). Así  ΔEret puede ser considerada una medida de la energía (o fuerza) de enlace iónico. Luego, cuanto menor el valor de ΔEret, mayor es la energía liberada en esta etapa, más estable es el retículo cristalino.
En el caso del NaCl, usando la Ley de Hess, tenemos ΔEret = -785,4 kj/mol.  
 La formación de otros compuesto iónicos ocurre de manera análoga a aquella propuesta para el NaCl, respetando es claro, las peculiaridades de cada ciclo y la estequiometria de las sales.



La energía potencial total es la suma de todas las energías involucradas en las etapas. Por tanto, 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 intertónica catión-anión, mayor la atracción entre las cargas opuestas.



Veamos la siguiente tabla:


La formación de iones gaseosos a partir de sustancias simples implica un aumento resultante en la energía potencial:
La condensación de los iones para formar un sólido iónico lleva a una disminución en la energía potencial correspondiente a la energía del retículo:
Cuanto menor la distancia intertónica catión-anión, mayor la atracción:
Consecuentemente, menor (o mayor en módulo) es el valor de ΔEret. Así, mayor es la estabilidad del retículo cristalino.
La posibilidad de formación del compuesto iónico a partir de sus elementos ocurre cuando la disminución de energía potencial fuese mayor que el aumento. En otras palabras, la sal solo cristalizará si existe liberación de energía en su formación. Siendo así, la energía de red exotérmica precisa ser mayor que la combinación endotérmica de los factores involucrados en la formación de los iones en fase gaseosa. En caso contrario, el compuesto iónico no se forma, o forma una red cristalina inestable.

















Bibliografía


1-     Química orgánica
Introducción a la química de coordinación del estado sólido y descriptiva,
GLEN E. RODGERS
McGraw-Hill

2-    Química ,Novena edición ,Raymond CHANG
McGraw-Hill

3-    QUIMICA ,EDICION BREVE, Raymond CHANG McGraw-Hill

4-    circuitos eléctricos ,Tercera edición, Joseph Edminister, Mahmood


5-    Maquinas Eléctricas 1, D.R 1987 conalep primera edición
 

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