Siklus Born–Haber

Siklus Born–Haber pada senyawa asam klorida

Siklus Born–Haber adalah suatu pendekatan yang digunakan untuk menganalisis energi reaksi. Pendekatan ini dinamai dari dua ilmuwan Jerman Max Born dan Fritz Haber, yang mengembangkan pendekatan ini pada tahun 1919.[1][2][3] Pendekatan ini juga secara independen dirumuskan oleh Kasimir Fajans.[4] Siklus ini berkaitan dengan pembentukan senyawa ionik dari reaksi logam (utamanya unsur Golongan I atau Golongan II) dengan halogen atau unsur non-logam lainnya seperti oksigen.[5]

Siklus Born–Haber digunakan terutama sebagai cara menghitung energi kisi (atau lebih tepatnya entalpi[catatan 1]), yang tidak bisa diukur secara langsung. Entalpi kisi adalah perubahan entalpi yang terlibat dalam pembentukan senyawa ionik dari ion berfasa gas (proses eksoterm), atau kadang-kadang didefinisikan sebagai energi untuk memecah senyawa ion menjadi ion berfasa gas (suatu proses endotermik). Siklus Born–Haber menerapkan hukum Hess untuk menghitung entalpi kisi dengan membandingkan perubahan entalpi pembentukan standar dari senyawa ionik (dari unsur) ke entalpi yang diperlukan untuk membuat ion berfasa gas dari unsur bebasnya.[6]

Perhitungan entapi pembentukan ion berfasa gas terlihat rumit. Untuk membuat ion gas dari unsur-unsur bebasnya, perlu untuk membuat atomisasi unsur-unsur tersebut (mengubah masing-masing unsur menjadi atom berfasa gas) dan kemudian atom tersebut diionisasi. Jika unsur tersebut biasanya merupakan molekul maka pertama-tama kita harus mempertimbangkan energi disosiasi ikatan (lihat pula energi ikatan). Energi yang diperlukan untuk menghilangkan satu atau lebih elektron untuk membuat kation adalah jumlah dari energi ionisasinya; misalnya, energi yang dibutuhkan untuk membentuk Mg^2+ adalah energi ionisasi yang diperlukan untuk menghilangkan elektron pertama dari Mg, ditambah energi ionisasi yang diperlukan untuk menghilangkan elektron kedua dari Mg^+.[7] Afinitas elektron didefinisikan sebagai jumlah energi yang dilepaskan ketika elektron ditambahkan ke atom atau molekul netral dalam bentuk gas untuk membentuk ion negatif.[8][9]

Siklus Born–Haber hanya berlaku untuk padatan ionik penuh seperti halida alkali tertentu. Sebagian besar senyawa ini termasuk kontribusi kovalen dan ionik untuk ikatan kimia dan energi kisi, yang diwakili oleh siklus termodinamika Born–Haber yang diperpanjang.[10] Siklus Born–Haber yang dipepanjang dapat digunakan untuk memperkirakan polaritas dan muatan atom senyawa polar.[11]

Contoh: Pembentukan LiF

Siklus Born–Haber bagi perubahan entalpi pembentukan standar litium fluorida. ΔH_latt merujuk pada U_L dalam teks.

Siklus Born–Haber menampilkan secara grafik proses pembentukan senyawa ionik dari unsur-unsurnya. Dalam diagram siklus Born–Haber terdapat panah yang mengarah ke atas dan ke bawah. Arah panah yang mengarah ke atas menunjukkan reaksi endoterm, sedangkan arah panah yang mengarah ke bawah menunjukkan reaksi eksoterm. Sebagai contoh adalah pembentukan litium fluorida. Entalpi pembentukan litium fluorida (LiF) dari unsur-unsur penyusunnya, litium dan fluorin dalam bentuk stabilnya dimodelkan dalam lima tahapan pada diagram:[12]

1. Perubahan entalpi atomisasi litium
2. Entalpi ionisasi litium
3. Entalpi atomisasi fluorin
4. Afinitas elektron dari fluorin
5. Entalpi kisi litium fluorida

Perhitungan yang sama berlaku untuk logam selain litium atau non-logam selain fluorin.[13]

Jumlah energi untuk setiap tahapan proses harus sama dengan entalpi pembentukan logam dan non-logam, ${\displaystyle \Delta H_{f}}$.[14]

${\displaystyle \Delta H_{f}=V+{\frac {1}{2}}B+{\mathit {IE}}_{{\ce {M}}}-{\ce {EA}}_{{\ce {X}}}+U_{L}}$

• V adalah entalpi sublimasi atom logam (litium)
• B adalah energi ikatan (dari F₂). Koefisien 1/2 digunakan karena reaksi pembentukannya adalah Li + 1/2 F₂ → LiF.
• ${\displaystyle {\ce {{\mathit {IE}}_{M}}}}$ adalah energi ionisasi atom logam: ${\displaystyle {\ce {{M}+{\mathit {IE}}_{M}->{M+}+e^{-}}}}$
• ${\displaystyle {\ce {{\mathit {EA}}_{X}}}}$ adalah afinitas elektron atom non-logam X (fluorin)
• ${\displaystyle U_{L}}$ adalah energi kisi (dinyatakan eksotermis dalam contoh ini)

Entalpi bersih pembentukan dan empat pertama dari lima energi dapat ditentukan secara eksperimental, tetapi energi kisi tidak dapat diukur secara langsung. Sebaliknya, energi kisi dihitung dengan mengurangi empat energi lain dalam siklus Born–Haber dari entalpi bersih pembentukan.[15]

Kata siklus mengacu pada fakta bahwa perubahan entalpi total akan sama dengan nol untuk proses siklik, dimulai dan diakhiri dengan LiF) dalam contoh. Hal ini mengarah pada persamaan:[16]

${\displaystyle 0=-\Delta H_{f}+V+{\frac {1}{2}}B+{\mathit {IE}}_{{\ce {M}}}-{\mathit {EA}}_{{\ce {X}}}+U_{L}}$

yang setara dengan persamaan sebelumnya.[17]

Lihat pula

• Senyawa ionik
• Cairan ionik
• Hukum Hess

Catatan

1. Perbedaan antara energi dan entalpi sangat kecil dan kedua istilah tersebut dipertukarkan secara bebas dalam artikel ini.

Referensi

1. D. F. C. Morris and E. L. Short Nature 1969, 224, 950-952.
2. M. Born Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1919, 21, 679-685.
3. F. Haber Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1919, 21, 750-768.
4. K. Fajans Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 1919, 21, 714-722.
5. Cheetham, A.K. and P. Day. Solid State Chemistry. Oxford: Clarendon Press, 1992. ISBN 978-0-1985-5286-4.
6. Treptow, Richard S. (1997). "Determination of ΔH for Reactions of the Born-Haber Cycle". J. Chem. Educ. (dalam bahasa Inggris). 74 (8): 919. doi:10.1021/ed074p919. 
7. "Ionization Energy". ChemWiki. University of California, Davis. 2013-10-02. 
8. IUPAC, Compendium of Chemical Terminology, edisi ke-2 ("Buku Emas") (1997). Versi koreksi daring:  (2006–) "Electron affinity".
9. Peter Atkins and Loretta Jones, Chemical Principles the Quest for Insight. Freeman:New York, 2010 ISBN 978-1-4292-1955-6
10. H. Heinz and U. W. Suter Journal of Physical Chemistry B 2004, 108, 18341-18352.
11. Ladd, Mark. Crystal Structures: Lattices and Solids in Stereoview. Chichester: Horwood, 1999. ISBN 978-1-8985-6363-1.
12. Jenkins, H. Donald B. "Thermodynamics of the Relationship between Lattice Energy and Lattice Enthalpy." Journal of Chemical Education. Vol. 82, Hlm. 950-952. Coventry, West Midlands, UK: University of Warwick, 2005. doi:10.1021/ed082p950.
13. Ladd, Mark. Chemical Bonding in Solids and Fluids. Chichester: Horwood, 1994. ISBN 978-0-1347-4925-9.
14. Glasser, L. and Jenkins, H. D. B. (2000). "Lattice Energies and Unit Cell Volumes of Complex Ionic Solids". J. Am. Chem. Soc. (dalam bahasa Inggris). 122 (4): 632–638. doi:10.1021/ja992375uJ. Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
15. Moore, Stanitski, and Jurs. Chemistry: The Molecular Science. Edisi ke-3. 2008. ISBN 0-495-10521-X. Hlm. 320–321.
16. Suzuki, Takashi. Free energy and Self-interacting Particles. Boston: Birkhauser, 2005. ISBN 978-0-8176-4436-9.
17. Laing, Michael (2003). "A Graphical Presentation of the Born-Haber Cycle for Estimating the Electrode Potentials of Metals". J. Chem. Educ. (dalam bahasa Inggris). 80 (9): 1057. doi:10.1021/ed080p1057. 

Pranala luar

• (Inggris) ChemGuy on the Born-Haber Cycle