El documento describe el ciclo de Born-Haber, que se usa para calcular la energía reticular de compuestos iónicos. Explica que involucra las reacciones de formación de un ión metálico y no metálico a partir de los elementos, y su posterior unión para formar el compuesto iónico. También presenta información biográfica sobre Max Born y Fritz Haber, quienes desarrollaron este método.
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Descripción del método de ajuste de reacciones de oxidación-reducción en medio básico (método del ion-electron)
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Descripción del método de ajuste de reacciones de oxidación-reducción en medio básico (método del ion-electron)
La presentacion incluye los conceptos de oxidacion, reduccion, pilas galvanica, potenciales normales, celdas electroliticas y ejercicios para entender mejor los conceptos teoricos.
Con los valores de energía de ionización y afinidad electrónica podemos predecir qué elementos forman compuestos iónicos, pero, ¿cómo evaluamos la estabilidad de un compuesto iónico? La energía de ionización y la afinidad electrónica están definidas para procesos que ocurren en fase gaseosa, aunque los compuestos iónicos son sólidos a 1 atm y 25ºC. El estado sólido es una condición distinta porque cada catión se rodea de un número específico de aniones y viceversa. En consecuencia, la estabilidad del compuesto iónico depende de las interacciones de todos los iones.
1891 - 14 de Julio - Rohrmann recibió una patente alemana (n° 64.209) para s...Champs Elysee Roldan
El concepto del cohete como plataforma de instrumentación científica de gran altitud tuvo sus precursores inmediatos en el trabajo de un francés y dos Alemanes a finales del siglo XIX.
Ludewig Rohrmann de Drauschwitz Alemania, concibió el cohete como un medio para tomar fotografías desde gran altura. Recibió una patente alemana para su aparato (n° 64.209) el 14 de julio de 1891.
En vista de la complejidad de su aparato fotográfico, es poco probable que su dispositivo haya llegado a desarrollarse con éxito. La cámara debía haber sido accionada por un mecanismo de reloj que accionaría el obturador y también posicionaría y retiraría los porta películas. También debía haber sido suspendido de un paracaídas en una articulación universal. Tanto el paracaídas como la cámara debían ser recuperados mediante un cable atado a ellos y desenganchado de un cabrestante durante el vuelo del cohete. Es difícil imaginar cómo un mecanismo así habría resistido las fuerzas del lanzamiento y la apertura del paracaídas.
2. Ciclo de Born Haber
El ciclo de Born–Haber es el conjunto de reacciones químicas desarrollado por
el físico Max Born y el químico alemán Fritz Haber en 1917 para la formación
de un compuesto iónico desde la reacción de un metal (normalmente un
elemento del grupo 1 o 2) con un no metal, como halógenos, oxígeno u otros.
Los ciclos de Born–Haber se usan principalmente como medio para calcular la
energía reticular, que no puede ser determinada experimentalmente.
La energía reticular es la energía liberada cuando se forma un mol de
compuesto iónico a partir de sus iones en estado gaseoso.
Es una aplicación de la Ley de Hess, que dice: “la entalpía intercambiada en
una reacción es la misma, tanto si el proceso se realiza en una sola etapa,
como si tiene lugar en varias”.
La entalpía de formación se encuentra sumando las entalpías de ionización,
sublimación, disociación, afinidad electrónica y su respectiva energía
reticular o energía de red. ∆H°f= ΔHsub + ΔHdis + ∆U + AE + EI
3. Max Born y Fritz Haber
Max Born (Breslau, Reino de Prusia; 11 de diciembre de
1882–Gotinga, Alemania Occidental; 5 de enero de 1970)
fue un matemático y físico alemán que obtuvo el Premio
Nobel de Física en 1954 por sus trabajos en mecánica
cuántica, compartiendo este galardón con el físico
alemán Walter Bothe. Su contribución más conocida a la
física cuántica fue su interpretación probabilística de la
función de onda de Schrödinger.
Fritz Haber (Breslau, Prusia (ahora Wrocław, Polonia), 9
de diciembre de 1868-Basilea, Suiza, 29 de enero de
1934) fue un químico alemán, galardonado con el Premio
Nobel de Química de 1918 por desarrollar la síntesis del
amoníaco. También ha sido descrito como el «padre de
la guerra química» por su trabajo sobre el desarrollo y
despliegue del gas dicloro (antiguamente cloro) y otros
gases venenosos durante la Primera Guerra Mundial.
4. Procesos del ciclo
Los procesos que aparecen en el ciclo son los siguientes:
ΔHsub: entalpía de sublimación u otro cambio de estado (vaporización) del
metal y/o no metal. Aporte energético para pasar de sólido/líquido a gas.
ΔHdis: entalpía de disociación del no metal. Se rompen las moléculas
diatómicas para tener átomos gaseosos independientes. Energía necesaria
para disociar 1 mol de moléculas de gas (X2 2X)→
AE: afinidad electrónica del no metal. Captación de electrones para formar el
anión.
EI: energía de ionización del metal. Pérdida de electrones para la formación
del catión.
∆H°f: entalpía estándar de formación del sólido iónico. La entalpía 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 estándar (estado físico y alotrópico más estable a 298 K y 1
atm). Es el camino directo.
∆U: energía de red o reticular.
5. Ejercicios
Represente el ciclo de Born-Haber para el
fluoruro de litio. Calcule el valor de la energía
reticular del fluoruro de litio sabiendo:
Entalpía de formación del [LiF(s)] = –594,1 kJ/mol
Energía de sublimación del litio = 155,2 kJ/mol
Energía de disociación del flúor = 150,6 kJ/mol
Energía de ionización del litio = 520 kJ/mol
Afinidad electrónica del flúor = –333 kJ/mol
6. Ejercicio descrito por pasos
El ciclo de Born-Haber permite obtener la energía reticular de un compuesto iónico mediante las
siguientes etapas, analizadas para la formación del LiF(s):
Paso del litio sólido a gas. Aplicamos el calor de sublimación del litio: ΔHsub=155,2 kJ/mol
Disociación de la molécula de flúor. Sólo es necesario disociar medio mol: ΔHdis =150,6 kJ/mol
Ionización de 1 mol de litio gas. Formación catión Li+
. Energía de ionización (EI)=520 kJ/mol
Adición de 1 mol de electrones al flúor gas para formar 1 mol del anión gas. AE =–333 kJ/mol
Combinación de 1 mol del catión litio y 1 mol del anión flúor gaseosos para formar 1 mol del LiF
sólido.(UR)
La suma de las 5 etapas nos da la reacción global y aplicando la Ley de Hess podemos determinar
la energía reticular, que sería de 1011,6 kJ/mol.
La reacción directa vendría dada por: Entalpía de formación del [LiF(s)];
∆H°f= –594,1 kJ/mol
8. Ejercicios
Haga un esquema del ciclo de Born-
Haber para el CaCl2 y calcule la entalpía
estándar de formación del CaCl2 (s)
utilizando los valores de las energías de
los procesos:
Sublimación del calcio, 178,2 kJ/mol
Disociación de molécula de Cl2, 243,2 kJ/mol
1ª Energía de ionización del Ca, 590 kJ/mol
2ª Energía de ionización del Ca, 1145 kJ/mol
Afinidad electrónica del cloro, -340 kJ/mol
Energía de red del CaCl2, -2223 kJ/mol
9. Ejercicios
Calcula la segunda electroafinidad del oxígeno
conociendo los valores energéticos siguientes:
- Energía reticular del Na2O, -602 kcal/mol
- Energía de ionización del sodio, 494 kJ/mol
- Primera electroafinidad del oxígeno, -141 kJ/mol
- Entalpía estándar de formación del Na2O, -415 kJ/mol
- Energía de sublimación del sodio, 107 kJ/mol
- Energía de disociación del oxígeno, 498 kJ/mol
10. Ejercicios
Haga un esquema del ciclo de Born-Haber para el NaCl y
calcule la energía reticular del NaCl (s), a partir de los
siguientes datos:
Entalpía de sublimación del sodio = 108 kJ/mol
Entalpía de disociación del cloro = 243’2 kJ/mol
Entalpía de ionización del sodio = 495’7 kJ/mol
Afinidad electrónica del cloro = - 348 kJ / mol
Entalpía de formación del cloruro de sodio = - 401'8 kJ / mol
-401,8 = 108 + 495,7 +1/2(243,2) – 348 + ΔEret
ΔEret = -401,8 – 108 – 495,7 – 121,6 + 348 = -779,1 kJ/mol
11. Ejercicios
Haga un esquema del ciclo de Born-Haber para el
MgBr2 sólido e indique las energías puestas en
juego:
- Sublimación del magnesio
- Disociación de la molécula de bromo, Br2
- Primera energía de ionización del magnesio
- Segunda energía de ionización del magnesio
- Afinidad electrónica del bromo
- Energía de red del bromuro de magnesio
12. Ejercicios
Para el NaF, calcule el valor de la entalpía estándar de formación a partir de los
siguientes datos y sabiendo que:
S= Entalpía de sublimación
D= Energía de disociación molecular; I= Entalpía de ionización;
E= Afinidad electrónica; U= Energía reticular;
∆H°f = Entalpía estándar de formación
13. Ejercicios
Represente el ciclo de Born-Haber para el bromuro de
sodio y calcule el valor de la energía reticular del
bromuro de sodio sólido.
Entalpía estándar de formación del NaBr(s) = – 361,4 kJ mol-1
Entalpía de sublimación del sodio metálico = 107,3 kJ mol-
1
Entalpía de vaporización del bromo líquido = 30,7 kJ mol-1
Entalpía de disociación del Br2(g) = 193 kJ mol-1
Energía ionización del Na (g) = 495,8 kJ mol-1
Afinidad electrónica del Br(g) = – 324,6 kJ mol-1
U= - 361,4 – 107,3 - 495,8 – 1/2.(30,7) – 0,5.193 + 324,6 = - 751,75 kJ/mol
14. Ejercicios
Represente el ciclo de Born-Haber para el cloruro de magnesio y calcule el valor de
la energía reticular a partir de los siguientes datos y sabiendo que:
S= Entalpía de sublimación
D= Energía de disociación molecular; I= Entalpía de ionización;
E= Afinidad electrónica; U= Energía reticular;
∆H°f = Entalpía estándar de formación
15. Ejercicios
Calcula la energía reticular del bromuro de potasio, Er, a
partir de los siguientes datos:
Energía de formación del bromuro de potasio: Ef = –93,7
kcal/mol.
Energía de sublimación del potasio: Es = –19,4 kcal/mol.
Afinidad electrónica del bromo: Ae = –77,0 kcal/mol.
Energía de ionización del potasio: EI = 100,1 kcal/mol.
Energía de disociación del bromo diatómico gas: Ed = 46,3
kcal/mol.
–93,7 kcal/mol = (–19,4 kcal/mol) + 1/2 (46,3 kcal/mol) + 100,1 kcal/mol + (–77,0 kcal/mol) + Er
Er = –120,55 kcal/mol
16. Ejercicios
Dibuja el ciclo de Born Haber para el óxido de calcio y escribe la expresión de la
entalpía estándar de formación en función de la energía de red.
∆HS = Energía de sublimación; ∆HD = Energía de disociación; EI1º = 1ª energía de
ionización; EI2º = 2ª energía de ionización; AE1º y AE2º = 1ª y 2ª afinidad electrónica;
∆U = Energía reticular; ∆Hf = Entalpía estándar de formación
∆Hf= ∆HS + EI1º+EI2º+1/2 ∆HD+AE1º+AE2º+∆U
17. Ejercicios
Calcula la entalpía estándar de formación
del CaBr2, sabiendo los siguientes datos:
Energía de red del CaBr2: - 2390 kJ/mol
1ª energía de ionización del Ca: 590 kJ/mol
2ª energía de ionización del Ca: 1145 kJ/mol
Energía de sublimación del Ca: 121 kJ/mol
Energía de disociación del Br2: 193 kJ/mol
Energía de vaporización del Br2 (l): 315 kJ/mol
Afinidad electrónica del Br: -324 kJ/mol
∆Hf= ∆Hs + EI1+EI2+ ∆Hv + ∆Hd+ 2 AE1 + Ur
∆Hf = 121 +590 + 1145 +315 +193 + 2. (-324) – 2390 = 674 kJ/mol
19. Ejercicios
Calcula el valor de la energía de red del compuesto iónico yoduro de potasio, a
partir de los datos siguientes:
Energía de formación del KI: - 327,7 kJ/mol; Energía ionización del K: 418,7 kJ/mol
Calor de sublimación del K: 90 kJ/mol; Energía de disociación del I2: 151 kJ/mol
Calor de sublimación del I2 (s): 62 kJ/mol; Afinidad electrónica del I: -295 kJ/mol
20. Ejercicios
Resolución ciclo Born-Haber para el KI:
En condiciones estándar, el potasio y el yodo, I2, son sólidos. Formación del KI a
partir de los elementos estándar. Es el camino directo.
El camino indirecto estaría formado por los siguientes procesos:
- Formación del compuesto a partir de sus iones gaseosos K+
e I-
K+
(g) + I-
(g) KI sólido U = ¿?→
- Procesos que debe realizar el potasio sólido para convertirse en ión K+
gas son:
• Sublimación del potasio sólido: K (s) K→ (g) ΔH1= 90 kJ/mol
ΔHºf = EF= -327, 7 kJ/mol
23. Ejercicios
Calcule la energía de red para el CaCl2 y represente el ciclo de Born-Haber
describiendo los procesos y utilizando los siguientes valores de las
energías:
Calor de sublimación del calcio, 121 kJ/mol
Energía de disociación del Cl2, 242,4 kJ/mol
1ª Energía de ionización del Ca, 589,5 kJ/mol
2ª Energía de ionización del Ca, 1145 kJ/mol
Afinidad electrónica del cloro, -348 kJ/mol
Entalpía de formación del CaCl2, -795 kJ/mol
Solución: -2196,9 kJ/mol
