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Ciclos De Born-Haber

Ciclos De Born-Haber

Un ciclo de Born Haber (también conocido como ciclo de Born-Haber, que es como lo llamaremos a partir de ahora) es un modelo teórico que utilizamos para calcular la entalpía de la red. Lo hacemos comparando los cambios de entalpía implicados en la formación de una red iónica a partir de sus iones gaseosos con la entalpía estándar de formación del compuesto iónico. Sigue leyendo para descubrir cómo funciona esto.

  • En este artículo, descubrirás la diferencia entre la entalpía de formaciónde la red y la entalpía de disociación.
  • Veremos los cambios en la entalpía de atomización y la entalpía de formación.
  • A continuación, aprenderás a dibujar un ciclo de Born-Haber.
  • Aprenderás sobre los cálculos del ciclo de Born-Haber y cómo calcular la entalpía de red, mediante ejemplos.

Energía reticular

Llamamos entalpía de red a la medida de la fuerza entre los enlaces de los iones de una red iónica.

La entalpía reticular () es el cambio de entalpía que supone la formación de un mol de red iónica a partir de iones gaseosos en condiciones de estado estándar.

Sin embargo, también se puede decir que:

La entalpía reticular () es el cambio de entalpía implicado cuando un mol de una red iónica se rompe para formar sus iones gaseosos dispersos en condiciones de estado estándar.

El estado estándar termodinámico de una sustancia es su forma más pura y estable bajo presión estándar (1 atm) y a 25℃ (298 K). Los estados estándar se representan con el símbolo 0 o 𝛉. A veces, los estados estándar se denominan condiciones estándar. No hay que confundir esto con el TPE.

¿Por qué tenemos dos definiciones para la entalpía reticular? Recuerda que la entalpía cambia no solo cuando se rompen los enlaces, sino también cuando se forman (hay que tener en cuenta que cuanto mayor sea la entalpía reticular, más estable será el compuesto). Consideramos que los enlaces en un compuesto iónico están completamente rotos solo cuando los iones están en estado gaseoso. Las partículas están tan separadas que consideramos que tienen fuerzas interactivas insignificantes. Así que en un diagrama de entalpía se vería así:

Una de las definiciones considera la formación de un enlace iónico a partir de iones gaseosos, y la otra considera la ruptura de un enlace iónico para hacer iones gaseosos. Para no confundirnos, decimos esto en su lugar:

La entalpía de formación de la red es el cambio de entalpía implicado en la formación de un mol de una red iónica a partir de iones gaseosos en condiciones de estado estándar.

Y también:

La entalpía de disociación de la red es el cambio de entalpía que se produce cuando un mol de una red iónica se rompe para formar sus iones gaseosos dispersos en condiciones de estado estándar.

Solo es necesario conocer una de estas definiciones de entalpía de red: la entalpía de formación de red o la entalpía de disociación de red.

La entalpía de red ayuda a los científicos a predecir la solubilidad de un compuesto iónico en el agua. No podemos medir directamente el cambio en la entalpía de red. Como es imposible medir las entalpías de red, decimos que son valores experimentales. Esto se debe a que calculamos la entalpía de red utilizando los cambios de entalpía que podemos medir. Vamos a discutir estos cambios de entalpía y cómo los utilizamos en un ciclo de Born-Haber.

Cambios de entalpía

Observa el ciclo de Born-Haber que aparece a continuación. ¿Cuántos cambios de entalpía diferentes puedes detectar?

Es posible que hayas detectado los siguientes cambios de entalpía:

  • Entalpía de formación ()
  • Energía de ionización
  • Entalpía de enlace
  • Afinidad de los electrones

Cuando dibujamos un ciclo de Born-Haber, intentamos rellenar el mayor número posible de estos valores. Mediante la Ley de Hess podemos utilizarlos para calcular la entalpía de red, siempre que empecemos en el mismo lugar del ciclo:

Entalpía de red (vía directa) = Entalpía de formación + Entalpía de atomización - Energía de ionización - Entalpía de enlace - Afinidad de electrones (vía indirecta)

En resumen, los ciclos de Born-Haber utilizan los cambios de entalpía que se pueden medir para calcular la entalpía de red, un cambio que no se puede medir. Ya hemos tratado tres de estas entalpías: la energía de ionización, la afinidad electrónica y la entalpía de enlace. Para calcular los ciclos de Born-Haber, también necesitarás conocer la entalpía de cambio de formación, así como la entalpía de atomización.

Entalpía de formación

La entalpía molar estándar de formación () es el cambio de entalpía cuando se forma un mol de un compuesto a partir de sus elementos en sus estados estándar. También la llamamos cambio de entalpía estándar de formación.

Por ejemplo, la entalpía de formación del agua sería el cambio de energía cuando el hidrógeno y el oxígeno se unen para hacer un mol de H2O.

Escribe una ecuación para la entalpía de formación como se muestra a continuación:

Cuando escribes una ecuación para el cambio de entalpía de formación debes terminar con un mol del compuesto. Está bien si tienes que escribir una fracción en el lado izquierdo de la ecuación para hacerlo.

Entalpia de atomización

La entalpía estándar de atomización () es el cambio de entalpía cuando se forma un mol de átomos gaseosos a partir de su elemento en su estado estándar.

Entalpía de sublimación

La entalpía de sublimación es la misma entalpía de atomización cuando se trata de sólidos que se convierten en gases monoatómicos al evaporarse.

El cambio de entalpía de sublimación ( ) es el cambio de entalpía al cambiar de estado sólido a gaseoso (sin pasar por estado líquido) una mol de una sustancia en condiciones estandar. El cambio de la entalpía de sublimación es igual a la suma de los cambios de entalpía del proceso de fusión del sólido al líquido y el proceso de vaporización del líquido a gas.

Antes de poder formar iones gaseosos en un ciclo de Born-Haber, hay que atomizar los elementos que forman el compuesto. Esto significa que tomas los elementos en sus estados estándar y los conviertes en gases monatómicos como se muestra a continuación:

½Cl2(g) → Cl(g) 𝚫Hat𝛉 = +122 kj mol-1

Los valores de la entalpía de atomización son siempre positivos porque se necesita energía para romper los enlaces entre los átomos y convertirlos en átomos gaseosos. En otras palabras: 𝚫Hat𝛉 es siempre endotérmica.

Energía de ionización y afinidad electrónica

Energía de ionización

Como sabes, los átomos se convierten en iones al perder o ganar electrones. Lo hacen para conseguir una capa de valencia completa. También has aprendido que la energía necesaria para desprender un electrón de la capa externa de un átomo se llama energía de primera ionización.

Afinidad electrónica

De forma opuesta a la energía de ionización que es la requerida para desprender un electrón de la capa más externa del átomo, llamamos afinidad electrónica a la energía que se libera del sistema cuando un átomo gana un electrón.

Debes incluir el cambio de energía cuando un átomo pierde un electrón (energía de ionización) y el cambio de energía cuando un átomo gana un electrón (afinidad electrónica) como pasos individuales en un ciclo de Born-Haber. Vamos a ver un ejemplo:

Al igual que con la energía de ionización y la afinidad de los electrones, ya conocemos las entalpías de formación y las entalpías de atomización estándar de muchos compuestos. Estos valores se introducen en el ciclo de Born-Haber cuando se calcula la entalpía de red.

Entalpía de enlace

La entalpía de enlace es la cantidad de energía necesaria para romper un enlace covalente específico en un mol de una molécula en átomos separados en la fase gaseosa.

Debes conocer esta definición para tus exámenes, pero no se espera que incluyas los valores de entalpía de enlace en tus diagramas de Born-Haber.

Cómo dibujar un ciclo de Born-Haber

Como puedes ver, hay varios cambios de entalpía implicados cuando una red iónica se divide en sus iones gaseosos. Cuando dibujamos los ciclos de Born-Haber debemos mostrar estos cambios de entalpía en el siguiente orden:

  1. La entalpía de formación del compuesto.
  2. La entalpía de atomización de cada elemento.
  3. La primera energía de ionización del metal.
  4. Las entalpías de ionización posteriores, si procede.
  5. La primera afinidad electrónica del no metal.
  6. Afinidades electrónicas posteriores, si procede.

¿Por qué dibujamos los cambios de energía en ese orden? Recordarás que la energía de ionización convierte los átomos gaseosos en iones gaseosos. Por tanto, la primera energía de ionización no puede venir antes de la entalpía de atomización. Del mismo modo, la afinidad de los electrones debe venir después de la energía de ionización. Para que el no metal gane un electrón, el metal tiene que perder uno primero.

Parece que hay que recordar muchas cosas. Para ayudarte a ver cómo se conjuga todo, vamos a dibujar un ciclo de Born-Haber.

Construiremos un ciclo de Born-Haber para la entalpía de formación de la red del cloruro de potasio (KCl). Empezamos con el KCl, y damos la vuelta al ciclo rellenando todas las diferentes entalpías hasta llegar de nuevo al principio. Utilizamos flechas hacia abajo para las entalpías exotérmicas y flechas hacia arriba para los cambios de entalpía endotérmicos.

Paso 1

Separa el cloruro de potasio (KCl) en los átomos de los elementos utilizando la entalpía de formación.

Paso 2

Atomiza el potasio (K) utilizando la entalpía de atomización

Paso 3

Atomiza el cloro (Cl) utilizando la entalpía de atomización.

Paso 4

Ioniza el potasio utilizando la primera energía de ionización.

Paso 5

Ioniza el cloro utilizando la afinidad del primer electrón.

Paso 6

Completa el ciclo con la entalpía de red.

¡Bien hecho! Has completado el ciclo de Born-Haber para el cloruro de potasio. Observa cómo hemos seguido los pasos desde la entalpía de formación hasta la última afinidad de los electrones. Los pasos para dibujar un ciclo de Born-Haber son siempre los mismos. Como recapitulación aquí está el orden de los cambios de entalpía:

  1. La entalpía de formación del compuesto.
  2. La entalpía de atomización de cada elemento.
  3. La primera energía de ionización del metal.
  4. Las entalpías de ionización posteriores, si procede.
  5. Primera afinidad electrónica del no metal.
  6. Afinidades electrónicas posteriores, si procede.

Ciclos de Born-Haber - Puntos clave

  • La entalpía de redes el cambio de entalpía implicado en la formación de un mol de red iónica a partir de iones gaseosos en condiciones de estado estándar. O bien, la entalpía de red es el cambio de entalpía implicado en la formación de un mol de una red iónica a partir de iones gaseosos en condiciones de estado estándar.
  • La entalpía de formación de la red es el cambio de entalpía implicado en la formación de un mol de una red iónica a partir de iones gaseosos en condiciones de estado estándar.
  • La entalpía de disociación de la red es el cambio de entalpía que se produce cuando un mol de una red iónica se rompe para formar sus iones gaseosos dispersos en condiciones de estado estándar.
  • La entalpía molar estándar de formación se refiere al cambio de entalpía cuando se forma un mol de un compuesto a partir de sus elementos en sus estados estándar. También la llamamos cambio de entalpía estándar de formación.
  • La entalpía estándar de atomizaciónes el cambio de entalpía cuando se forma un mol de átomos gaseosos a partir de su elemento en su estado estándar, es conocida también como entalpía estándar de sublimación () cuando la vaporización reduce todo el compuesto a partículas monoatómicas.
  • Hay que incluir el cambio de energía cuando un átomo pierde un electrón (energía de ionización), y el cambio de energía cuando un átomo gana un electrón (afinidad de electrones), como pasos individuales en un ciclo de Born-Haber.
  • Al dibujar los ciclos de Born-Haber debemos mostrar estos cambios de entalpía en el siguiente orden: entalpía de atomización de cada elemento, primera energía de ionización del metal, entalpías de ionización posteriores si procede, primera afinidad electrónica del no metal, afinidades electrónicas posteriores si procede.

Preguntas frecuentes sobre Ciclos De Born-Haber

La energía reticular  () es el cambio de entalpía que supone la formación de un mol de red iónica a partir de iones gaseosos en condiciones de estado estándar. 

Hay una correlación entre la energía reticular y los compuestos: a mayor energía reticular, mayor estabilidad de los compuestos iónicos. 

La energía de red se calcula a partir del ciclo de Born-Haber, el cual es un modelo teórico que compara los cambios de entalpía implicados en la formación de una red iónica a partir de sus iones gaseosos con la entalpía estándar de formación del compuesto iónico.

La afinidad electrónica es la energía liberada cuando un átomo gana un electrón. 

Hay una mayor energía reticular cuando hay un mayor producto de carga iónica.

Esto nos señala que hay un proceso exotérmico en el cual a mayor energía reticular, hay una mayor estabilidad del compuesto, el cual libera mucha energía cuando se forma.

Cuestionario final de Ciclos De Born-Haber

Pregunta

¿Qué es la afinidad de los electrones?

Mostrar respuesta

Answer

La energía liberada cuando un mol unátomo gaseoso gana un electrón y se convierte en un mol de un ion gaseoso.

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Pregunta

¿Cuál es la diferencia entre la entalpía de disociación de la red y la entalpía de formación de la red?

Mostrar respuesta

Answer

La entalpía de formación de la red es el cambio de entalpía que supone la formación de un mol de una red iónica a partir de iones gaseosos en condiciones de estado estándar, mientras que la entalpía de disociación de la red es el cambio de entalpía que se produce cuando un mol de una red iónica se rompe para formar sus iones gaseosos dispersos en condiciones de estado estándar.

Show question

Pregunta

¿Qué es la entalpía estándar de atomización?

Mostrar respuesta

Answer

La entalpía estándar de atomización es el cambio de entalpía cuando se forma un mol de átomos gaseosos a partir de su elemento en su estado estándar.

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Pregunta

Indica la definición de la entalpía de red.

Mostrar respuesta

Answer

La entalpía de red es el cambio de entalpía implicado en la formación de un mol de una red iónica a partir de iones gaseosos en condiciones de estado estándar.

Show question

Pregunta

Define la entalpía estándar de formación.

Mostrar respuesta

Answer

La entalpía molar estándar de formación se refiere al cambio de entalpía cuando se forma un mol de un compuesto a partir de sus elementos en sus estados estándar. También la llamamos cambio de entalpía estándar de formación.

Show question

Pregunta

¿Cuándo es mayor la energía reticular?

Mostrar respuesta

Answer

Hay una mayor energía reticular cuando hay un mayor producto de carga iónica.

Show question

Pregunta

¿Por qué la energía reticular es negativa? 

Mostrar respuesta

Answer

Esto nos señala que hay un proceso exotérmico en el cual a mayor energía reticular, hay una mayor estabilidad del compuesto, el cual libera mucha energía cuando se forma.

Show question

Pregunta

Indica los pasos para dibujar un ciclo de Born-Haber

Mostrar respuesta

Answer

1. Primera energía de ionización del metal.

 2. Entalpías de ionización posteriores.

3. Entalpía de atomización de cada elemento.

4. Afinidades electrónicas, si procede. 

5. Primera afinidad electrónica del no metal.

6. Afinidades electrónicas posteriores, si procede.


Show question

Pregunta

¿Cuáles son las condiciones estándares de la termodinámica?

Mostrar respuesta

Answer

El estado estándar termodinámico de una sustancia es su forma más pura y estable a 25°C (298 K) y bajo presión estándar (1 atm).

Show question

Pregunta

Para poder realizar el ciclo de Born-Haber, los elementos tienen que estar en estado sólido.

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Answer

Falso.

Show question

Pregunta

Utilizamos flechas hacia abajo para las entalpías exotérmicas y flechas hacia arriba para los cambios de entalpía endotérmicos.  

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

La __________ es la cantidad de energía necesaria para romper un enlace covalente específico en un mol de una molécula en átomos separados en la fase  ______.

Mostrar respuesta

Answer

entalpía de enlace; fase gaseosa.

Show question

Pregunta

Los átomos se convierten en iones al perder o ganar electrones.

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

La entalpía de red ayuda a los científicos a predecir la ______ de un compuesto iónico en el agua.

Mostrar respuesta

Answer

Solubilidad. 

Show question

Pregunta

La entalpía de ______ de la red es el cambio de entalpía que se produce cuando un mol de una red iónica se rompe para formar sus iones gaseosos dispersos en condiciones de estado estándar.

Mostrar respuesta

Answer

Disociación.

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