O ciclo de Born-Haber é uma ferramenta fundamental para calcular a energia reticular de compostos iônicos, relacionando várias etapas energéticas em uma reação de formação. Explique detalhadamente as etapas que compõem esse ciclo para a formação do cloreto de sódio (NaCl) a partir dos seus elementos na forma padrão. Em sua resposta, descreva o signifícado físico de cada etapa e como elas contribuem para o cálculo da energia reticular.
Passo 1
Resumindo: queremos montar o ciclo de Born–Haber para a reação
O objetivo é usar a Lei de Hess para relacionar várias entalpias parciais (de sublimação, ionização, dissociação, afinidade eletrônica e rede cristalina) e assim obter a entalpia reticular de NaCl.
Passo 2
Primeira etapa – sublimação de sódio:
Fisicamente, corresponde a quebrar os laços metálicos que mantêm os átomos de sódio no sólido, fornecendo a entalpia de sublimação,
, sempre endotérmica.
Passo 3
Segunda etapa – primeira energia de ionização do sódio:
Aqui fornecemos energia para remover um elétron do átomo gasoso, dando a energia de ionização,
, também endotérmica.
Passo 4
Terceira etapa – dissociação do cloro molecular:
Representa a quebra da ligação covalente Cl–Cl em
. A entalpia de dissociação
é endotérmica, pois consumimos energia para gerar átomos de cloro em fase gasosa.
Passo 5
Quarta etapa – afinidade eletrônica do cloro:
É a energia liberada quando o átomo de cloro recebe um elétron, chamada afinidade eletrônica,
, e é exotérmica.
Passo 6
Quinta etapa – formação do retículo iônico:
É a etapa de formação da rede cristalina, cuja entalpia
(energia reticular) é fortemente exotérmica, refletindo a atração eletrostática que une os íons no sólido.
Passo 7
Aplicando a Lei de Hess, a soma algébrica de todas as entalpias parciais deve ser igual à entalpia de formação padrão de NaCl(s),
:
Como
é conhecido experimentalmente, podemos isolar
.
Resposta
A energia reticular de NaCl é calculada por
Fisicamente, cada termo do lado direito representa uma transformação gasosa (quebra de ligações metálicas ou covalentes e movimentação de elétrons), e
é a energia liberada ao formar a rede iônica a partir dos íons em fase gasosa.