9.3  Energi Kisi Senyawa Ionik

Energi Kisi (∆U) merupakan energi yang dilepaskan oleh ion-ion dalam keadaan gas untuk bergabung menghasilkan satu mol senyawa ionik kristalin. Energi kisi tidak dapat diukur secara langsung. Namun, jika kita tahu strukturnya dan komposisi senyawa ionik kita dapat menghitung energi kisi senyawa dengan menggunakan Hukum Coulomb.

Hukum Coulomb  menyatakan bahwa energi potensial (E) antara dua ion berbanding lurus dengan produk muatan mereka dan berbanding terbalik dengan jarak pemisahan di antara mereka.  Energi kisi juga dapat ditentukan secara tidak langsung, dengan mengasumsikan bahwa formasi dari senyawa ionik terjadi dalam serangkaian langkah. Prosedur ini, yang dikenal sebagai Siklus Born-Haber.

Siklus Born-Haber menghubungkan energi kisi dari senyawa ionik dengan energi ionisasi, afinitas elektron, dan sifat atom dan molekuler lainnya, ini berdasarkan Hukum Hess. Dikembangkan oleh Max Born dan Fritz Haber,  the Born-Haber siklus mendefinisikan berbagai langkah yang mendahului pembentukan padatan ionik. Langkah-langkahnya yaitu :

1. Konversi lithium padat menjadi uap lithium (konversi langsung dari padatan menjadi gas

    disebut sublimasi)

                               Li(s) → Li(g)                 H°1 = 155.2 kJ/mol

    Energi sublimasi untuk lithium adalah 155,2 kJ / mol.

2. Pisahkan ½ mol gas F2 menjadi atom F berbentuk gas terpisah:

                                    ½ F2(g) →  F(g)               H°2 = 75.3 kJ/mol

     Energi yang dibutuhkan untuk memutus ikatan dalam 1 mol molekul F2 adalah 150,6 kJ.

     Di sini kita melanggar ikatan dalam setengah mol F2, jadi perubahan entalpi adalah

     150,6 / 2, atau 75,3, kJ.

3. Mengionisasi 1 mol atom Li dalam bentuk gas:

                              Li(g) → Li⁺(g) + e^-                     H°3 = 520 kJ/mol

 

     Proses ini sesuai dengan ionisasi pertama litium.

4. Tambahkan 1 mol elektron ke 1 mol atom F berbentuk gas. Perubahan energi untuk    

     proses ini hanya kebalikan dari afinitas elektron.

                              F(g) + e^_  → F⎺ (g)          H°4 = - 328 kJ/mol

5. Gabungkan 1 mol Li1 gas dan 1 mol F2 untuk membentuk 1 mol LiF padat:

                               Li⁺(g) +  F^-(g)→ LiF (s)   H°5 =  ?

 

              Tabel 9.1 daftar energi kisi dan titik leleh dari beberapa ion umum senyawa.

 Ada korelasi kasar antara energi kisi dan titik leleh. Semakin besar energi kisi, semakin stabil zat padat dan semakin rapat ion Diperlukan lebih banyak energi untuk mencair seperti padatan, dan dengan demikian padatan memiliki peleburan yang lebih tinggi titik dari satu dengan energi kisi yang lebih kecil. Perhatikan bahwa MgCl2, Na2O, dan MgO miliki energi kisi yang sangat tinggi.  Yang pertama dari senyawa ionik ini memiliki dua kali lipat muatan kation (Mg₂⁺) dan yang kedua anion ganda (O₂⎺); di ketiga Senyawa ada interaksi antara dua spesies bermuatan ganda (Mg₂⁺ dan O₂⎺). Atraksi coulombic antara dua spesies bermuatan ganda, atau antara a ion bermuatan ganda dan ion bermuatan tunggal, jauh lebih kuat daripada yang ada di antara keduanya anion dan kation yang diisi tunggal.

Energi Kisi dan Rumus Senyawa Ionik

Karena energi kisi merupakan ukuran stabilitas senyawa ionik, nilainya dapat bantu kami menjelaskan rumus dari senyawa ini. Pertimbangkan magnesium klorida sebagai sebuah contoh. Kami telah melihat bahwa energi ionisasi suatu unsur meningkat dengan cepat sebagai elektron berturut-turut dikeluarkan dari atomnya. Misalnya,energi  ionisasi pertama magnesium adalah 738 kJ / mol, dan energi ionisasi kedua adalah 1450 kJ / mol, hampir dua kali pertama. Kita mungkin bertanya mengapa, dari sudut pandang energi, magnesium tidak suka membentuk ion positif dalam senyawanya. Mengapa tidak  magnesium klorida memiliki rumus MgCl (mengandung ion Mg1) daripada MgCl₂ (mengandung ion Mg²⁺) ? Diakui, ion Mg²⁺ memiliki konfigurasi gas mulia [Ne], yang mewakili stabilitas karena cangkangnya penuh. Tapi stabilitasnya diperoleh melalui cangkang-cangkang tidak, pada kenyataannya, lebih besar daripada masukan energi yang dibutuhkan untuk menghapus elektron dari ion Mg1. Alasan rumusnya adalah MgCl2 terletak pada stabilitas ekstra yang diperoleh dengan pembentukan magnesium klorida padat. Energi kisi MgCl₂ adalah 2527 kJ / mol, yang lebih dari cukup untuk mengkompensasi energi diperlukan untuk menghapus dua elektron pertama dari atom Mg (738 kJ / mol + 1450 kJ / mol = 2188 kJ / mol).

               Bagaimana dengan natrium klorida ? Mengapa rumus natrium klorida NaCl dan bukan NaCl₂ (mengandung ion Na²⁺) ? Meskipun Na²⁺ tidak memiliki gas mulia konfigurasi elektron, kita mungkin mengharapkan senyawa tersebut menjadi NaCl₂ karena Na²⁺  memiliki muatan yang lebih tinggi dan oleh karena itu NaCl­2 hipotetis harus memiliki energi kisi yang lebih besar. Sekali lagi, jawabannya terletak pada keseimbangan antara input energi (yaitu, ionisasi energi) dan stabilitas yang diperoleh dari pembentukan padatan.

  (Sumber: Ebook Raymon Chang)