Born-Haber cycle Tamil revision study sheet in plain-language paragraphs: why lattice enthalpy cannot be measured directly, the Born-Haber cycle as an application of Hess's Law with its six steps, the full worked example finding lattice enthalpy of sodium chloride, the CaBr2 worked example with two ionisation and two electron-gain steps from a real past paper, and the Coulomb's law factors of ionic charge and ionic radius that determine the magnitude of lattice enthalpy.

A/L இரசாயனவியல் · அலகு 5 · குறு குறிப்பு (5இ)

🧠 மனப்படம்
Born-Haber Cycle
Born-Haber Cycle

1 சாலக வெப்பவுள்ளுறை ஏன் மறைமுகமாகக் கணிக்கப்பட வேண்டும்

ஒரு திண்ம அயன்சேர்வையின் ஒட்டுமொத்த உறுதித்தன்மையை அளவறிரீதியாக அளக்கும் கருத்தாக்கமே சாலக வெப்பவுள்ளுறை (lattice enthalpy). இது நியம நிலையில் உள்ள ஒரு மூல் திண்ம அயன்சேர்வை, முற்றாக வாயு நிலை அயன்களாகப் பிரியும்போது ஏற்படும் வெப்பவுள்ளுறை மாற்றமாக வரையறுக்கப்படுகின்றது; உறுதியாகப் பிணைந்துள்ள அயன்களை வேறாக்க சக்தி தேவைப்படுவதால் இது எப்போதும் நேர்ப் பெறுமானமுடையது.

NaCl(s) → Na⁺(g) + Cl⁻(g)   ΔH = சாலக வெப்பவுள்ளுறை (நேர்ப் பெறுமானம்)

ஒரு திண்ம அயன்சேர்வை தனித்து வாயு நிலை அயன்களாகப் பிரியும் தாக்கத்தை கலோரிமானியில் தனிமைப்படுத்தி நடத்த இயலாது என்பதால், சாலக வெப்பவுள்ளுறையை நேரடியாக அளக்க முடியாது. ஆகவே அதை ஹெஸ்ஸின் விதியின் உதவியுடன், அளக்கக்கூடிய பிற வெப்பவுள்ளுறை மாற்றங்களிலிருந்து மறைமுகமாகக் கணிக்க வேண்டியுள்ளது — இதைச் செய்யும் வழிமுறையே பேர்ன்-ஹேபர் வட்டம்.

2 பேர்ன்-ஹேபர் வட்டம் — ஹெஸ்ஸின் விதியின் பயன்பாடு

ஒரு மூலகத்திலிருந்தும் ஓர் அல்லுலோகத்திலிருந்தும் அயன்த் திண்மம் உருவாதலை, தனித்தனியே அளக்கக்கூடிய பல வாயு நிலைப் படிகளினூடாக நிகழும் ஒரு மாற்றுப் பாதையாக எழுதுவதே பேர்ன்-ஹேபர் வட்டத்தின் அடிப்படை. இப்பாதையின் ஆறு படிகள்:

  1. நியம தோன்றல் வெப்பவுள்ளுறை (ΔH_f) — மூலகங்கள் நேரடியாக இணைந்து ஒரு மூல் அயன்த் திண்மத்தை உருவாக்குதல் (வட்டத்தின் கீழ்ப் பாதை).
  2. பதங்கமாதல் / அணுவாதல் (ΔH_at) — திண்ம உலோகம் வாயு நிலை அணுக்களாதல்.
  3. பிணைப்புப் பிரிகை — அல்லுலோகத்தின் இருஅணு மூலக்கூறு (உ-ம் Cl₂) வாயு நிலை அணுக்களாகப் பிரிதல் (ஒரு மூல் அணுவிற்குப் பாதி).
  4. அயனாக்கல் வெப்பவுள்ளுறை (IE) — வாயு நிலை உலோக அணுவிலிருந்து இலத்திரன் அகற்றப்பட்டு கற்றயன் உருவாதல் — எப்போதும் நேர்ப் பெறுமானம்.
  5. இலத்திரனேற்றல் வெப்பவுள்ளுறை — வாயு நிலை அல்லுலோக அணு இலத்திரனைப் பெற்று அன்னயன் உருவாதல்.
  6. சாலக வெப்பவுள்ளுறை (U) — பொதுவாக இதுவே தெரியாத, காண வேண்டிய பெறுமானம்.

இந்த வாயு நிலைப் பாதையின் எல்லா மாற்றங்களின் கூட்டுத்தொகை, நேரடித் தோன்றல் பாதையின் ΔH_f இற்குச் சமமாக இருக்க வேண்டும் (ஹெஸ்ஸின் விதி). இந்தச் சமன்பாட்டில் ஒரே ஒரு பெறுமானம் தெரியாதிருந்தால், மீதியனவற்றிலிருந்து அதைத் துணிய முடியும்.

3 பகுப்பு — சோடியம் குளோரைட்டின் (NaCl) சாலக வெப்பவுள்ளுறை

தரப்பட்டவை (kJ mol⁻¹): ΔH_f(NaCl) = −411; Na பதங்கமாதல் = +108; Na முதலாம் அயனாக்கல் = +496; ½×Cl₂ பிணைப்புப் பிரிகை = +121; Cl இலத்திரனேற்றல் = −349.

கணக்கீடு
ΔH_f = ΔH_at(Na) + IE₁(Na) + ½பிணைப்புப்பிரிகை(Cl₂) + இலத்திரனேற்றல்(Cl) + U
−411 = 108 + 496 + 121 + (−349) + U = 376 + U
U = −411 − 376 = −787 kJ mol⁻¹ (சாலக உருவாதல் வடிவம்; சாலகப் பிரிகை வடிவம் = +787 kJ mol⁻¹)

U மறைப் பெறுமானமாக இருப்பது, வாயு நிலை அயன்கள் இணைந்து திண்ம NaCl உருவாகும் புறவெப்ப வடிவைக் குறிக்கின்றது. இதன் நேர்மாறு — NaCl(s)-ஐப் பிரிக்கும் சாலக வெப்பவுள்ளுறை — +787 kJ mol⁻¹; இந்த உயர்ந்த பெறுமானமே NaCl-இன் உறுதித்தன்மைக்கும் உயர் உருகுநிலைக்கும் காரணம்.

4 பகுப்பு — CaBr₂ (2+/1− சேர்வை, 2008 கட்டுரை வினா 6)

தரப்பட்டவை (kJ mol⁻¹): Ca அணுவாக்கல் = +177; Br₂(l) ஆவியாதல் = +31; Br–Br பிணைப்புப் பிரிகை = +193; Ca-இன் IE₁+IE₂ = +1740; Br இலத்திரனேற்றல் (ஒரு மூலுக்கு) = −331; ΔH_f(CaBr₂) = −683.

CaBr₂ இல் Ca இரண்டாம் நிலை அயனாகும் (Ca²⁺) என்பதால் IE₁ மட்டுமன்றி IE₁+IE₂ இரண்டையும் சேர்க்க வேண்டும். ஒரு மூல் CaBr₂-க்கு இரண்டு மூல் Br அணுக்கள் தேவை என்பதால் Br இலத்திரனேற்றலை 2 ஆல் பெருக்க வேண்டும்.

கணக்கீடு
−683 = 177 + 31 + 193 + 1740 + (2×−331) + ΔH°L
−683 = 177+31+193+1740−662 + ΔH°L = 1479 + ΔH°L
ΔH°L = −683 − 1479 = −2162 kJ mol⁻¹
ஏறுதல்-இறங்குதல் படிக்கட்டு முறை
சூத்திரத்தை மனனம் செய்வதற்குப் பதிலாக, 0 kJ-இலிருந்து தொடங்கி ஒவ்வொரு அறியப்பட்ட மாற்றத்தையும் (+/− குறியுடன்) கூட்டிக்கொண்டே சென்று, CaBr₂(s)-இன் மட்டத்தை (−683) அடையும் இடத்தில் தெரியாத ΔH°L-ஐ கணக்கிடுவது எப்போதும் பாதுகாப்பானது.

5 சாலக வெப்பவுள்ளுறையின் பருமனைப் பாதிக்கும் காரணிகள்

சாலக வெப்பவுள்ளுறையின் பருமன் கூலோமின் விதியால் விளக்கப்படுகின்றது — இரு அயன்களுக்கிடையிலான அழுத்தச் சக்தி, அவற்றின் ஏற்றங்களின் பெருக்கத்திற்கு நேர்விகிதசமமாகவும், அவற்றுக்கிடையிலான தூரத்திற்கு நேர்மாறுவிகிதசமமாகவும் அமைகின்றது.

|U| ∝ (q⁺ × q⁻) ÷ (r⁺ + r⁻)

அயன ஏற்றம் கூடக் கூட சாலக வெப்பவுள்ளுறையின் பருமன் கூடுகின்றது — MgO (2+, 2−) இன் சாலக வெப்பவுள்ளுறை NaF (1+, 1−) ஐ விட மிக அதிகம், ஏனெனில் ஏற்றப் பெருக்கம் நான்கு மடங்கு பெரியது. அயன ஆரை குறையக் குறைய அயன்கள் நெருங்கி அமைவதால் சாலக வெப்பவுள்ளுறையின் பருமன் கூடுகின்றது — ஆகவே LiF > LiCl > LiBr > LiI என்ற வரிசையில் இது குறைகின்றது, ஏனெனில் அன்னயனின் ஆரை இவ்வரிசையில் கூடிச் செல்கின்றது.

தேர்வாளர் குறிப்பு
MgCl₂ வகைச் சேர்வைகளில் IE₂ உம், இரண்டு மூல் Cl-க்கான இலத்திரனேற்றலும் சேர வேண்டும். CaO வகையில் ஒட்சிசனுக்கு இரண்டாம் இலத்திரனேற்றல் நேர்ப் பெறுமானமாக அமையும் — ஏற்கனவே மறையேற்றமுள்ள அயனுக்கு மேலும் இலத்திரன் சேர்ப்பதற்குச் சக்தி தேவை.
learn.gtdigital.tech · A/L இரசாயனவியல் · அலகு 5 கோபிரமணன் திருசெந்திவேல், MSc