Энергия кристаллической решётки

Энергия кристаллической решётки — это энергия (U), которую необходимо затратить, чтобы разделить кристаллическую решётку на её составляющие (ионы, атомы или молекулы) и удалить их на расстояние, где взаимодействие между ними отсутствует. Значение этой энергии берётся с обратным знаком.

Для ионной решётки это энергия разрыва на соответствующие ионы, для атомной или молекулярной — на атомы или молекулы. Энергия кристаллической решётки молекулярных решёток составляет лишь небольшую часть от энергии всех связей в решётке, так как связи атомов внутри молекул в неё не входят. Для молекулярных решёток эта энергия равна энергии вандерваальсовых сил (см. Связь химическая вандерваальсова).

В настоящее время установлено, что абсолютное большинство природных соединений, в частности кислородные, не являются чисто ионными, а в лучшем случае — полуионными и полуковалентными. В связи с этим многие выводы, построенные на основе использования энергии кристаллической решётки, рассчитанной обычно как ионной, имеют незначительную ценность.

Существует несколько методов расчёта энергии кристаллической решётки для бинарных соединений:

• По круговому процессу Борна — Габера:
  Uᵢ = Q + S + D + I – E,
  где Uᵢ — энергия ионной решётки, Q — теплота образования, S — теплота сублимации, D — энергия диссоциации, I — энергия ионизации, E — энергия сродства к электрону.

• По формуле Борна — Ланде:
  U = (α × W₁ × W₂ × Ne²) / R × (1 – 1/n),
  где α — коэффициент Маделунга, W₁ и W₂ — валентности ионов, R — межатомное расстояние, Ne² — произведение числа Авогадро на квадрат элементарного заряда электрона, n — коэффициент отталкивания электронных оболочек.

• По формуле Капустинского (упрощённый вариант, используемый в геологических науках):
  U = 256,1 × Σ (Eк),
  где Eк — энергетические коэффициенты компонентов, образующих соединение.

• По формуле Ферсмана (универсальная):
  Uᵢ = 256,1 × (EкA + EкB + … + EкX).

Для атомных соединений круговой процесс упрощается:
U_at = Q + S + D.

Для молекулярных соединений:
U_m = S(AB), где S(AB) — энергия сублимации молекул.

Для теоретического расчёта применяется формула:
U = (k × µ²) / R³,
где k — коэффициент, аналогичный коэффициенту Маделунга, µ — дипольный момент.

Представление об энергии кристаллической решётки играет важную роль в геоэнергетическом анализе геохимических процессов, поэтому правильное использование этого понятия весьма важно (В. И. Лебедев).