طاقات الشبكة البلورية (lattice energies)، في الكيمياء هي عبارة عن مقدار الطاقة أو مقدار الجهد اللازم بذله؛ من أجل أن تتم عملية فصل المكونات في المركبات الكيميائية مهما كانت، سواء كانت ذرات أو أيونات أو حتى جزيئات في الأجسام البلورية الصلبة، وهي تمتلك عدة تطبيقات مختلفة، سيتم ذكرها تاليا.
مقدمة بسيطة عن الطاقة الشبكية:
- تعتبر الطاقة الشبكية عاملاً يقوم بالمساعدة في معرفة الطاقة المنبعثة من المركب عند تكوين عدد من الأيونات معا لتكوين مركب محدد.
- تستخدم بشكل أساسي لمعرفة قوة المركبات الصلبة الأيونية.
- عادة، تحتوي المركبات الصلبة الأيونية على طاقة شبكية عالية، مما يجعل هذه المادة الصلبة تحقق المزيد من الاستقرار، مما يؤدي إلى أنه يصبح من الصعب كسر الروابط في هذا المركب.
تطبيقات الطاقات الشبكية:
هناك عدة تطبيقات على الطاقة الشبكية تتمثل في التالي:
أولا: تقدير الألفة الإلكترونية Estimation of electron affinities:
- وهي أحد التطبيقات المهمة في تطبيقات الطاقة الشبكية، حيث أن توافر تقنيات الليزر الضوئي، سمح بعمليات تجريبية أكثر دقة في الألفة الإلكترونية أو ما يعرف بتقارب الإلكترون.
- ومع ذلك، القيم الموجودة في قائمة الجداول الخاصة بقيم الألفة الإلكترونية قد تم حساب البعض منها، ولا سيما لتشكيل الأيونات ثنائية الشحنة.
- هناك طريقة واحدة للتقدير تستخدم دورة بورن-هابر (Born–Haber)، ذات قيمة للطاقة الشبكية التي اشتقت باستخدام نموذج إلكتروستاتيكي، حيث أن المركبات المتاحة ليتم استخدامها محدودة.
ثانيا: تقاربات الفلورايد Fluoride Affinities:
- بالنسبة لمستقبلات الفلوريد مثل مركب BF3 والمركب AsF5 والمركب SbF5، تستطيع وبسهولة أن تقوم بإنتاج الأيونات التالية: -[BF4]، -[AsF6]، -[SbF6]، على التوالي وبالنسبة للألفة الإلكترونية لـF- في كل مستقبل يمكن تحديدها باستخدام دورة حرارية كيميائية.
- درجة الحرارة المرتفعة تنتج بلورات KBF4 مع هيكل CsCl، يمكننا تقدير الطاقة الشبكية باستخدام النموذج الكهروستاتيكي، وذلك بافتراض أن أيون -[BF4] يمكن أن يعامل ككرة.
- الطاقة الشبكية لمركب KF معروفة، و ΔHْ1 يمكن تحديدها من خلال تغير درجة حرارة لضغط تفكك المادة الصلبة KBF4، استخدام قانون هيس يسمح بتحديد ΔHْ2، هذه القيمة والتي تساوي 360 كيلو جول لكل مول تتوافق مع المحتوى الحراري المرافق للتغيير المرتبط بتحول -F إلى BF3.
ثالثا: تقدير المحتوى الحراري القياسي للتكوين وعدم التناسب:
- بالنسبة للمركبات الأيونية الراسخة، نادرا ما تكون الطاقة الشبكية معروفة، في حين أن المحتوى الحراري للتشكيل القياسي ليس كذلك.
- ومع ذلك، في الدراسات النظرية للمركبات الافتراضية، قد يرغب المرء في تقدير قيمة من ΔfHo (عند درجة حرارة 298 كلفن) باستخدام دورة Born-Haber التي تتضمن حساب قيمة الطاقة الشبكية.
رابعا: معادلة كابوستينسكي The Kapustinskii Equation:
- أن المشكلة في تقدير الطاقة الشبكية للمركب الافتراضي هي تحديد البنية الأيونية المفترضة،
- تم بذل عدة محاولات لاستخدام حقيقة أن ثوابت مادلينغ (Madelung) لأنواع بنية من MX و MX2 هما عبارة عن نسبة تقريبية (2: 3).
- في عام 1956، اشتق كابوستينسكي ما أصبح أشهر تعبير معروف لتقدير طاقات الشبكة، وذلك من خلال المعادلة التالية:
