晶格能也可以说是破坏1mol晶体,使它变成完全分离的自由离子所需要消耗的能量。晶格能越大,表示离子键越强,晶体越稳定。
晶格能的数值有两个来源:
第一是理论计算值。
它是根据离子晶体模型,考虑其中任一离子跟周围异号离子间的吸引作用,以及跟其他同号离子间的排斥作用推导出下列近似公式计算得到的。
式中Z是离子价数,R0是一对离子间的平均距离,A是跟一定的晶格类型有关的常数,NA是阿伏加德罗常数,m是跟离子的电子层构型有关的常数,它的值可取5~12,ε0是真空电容率(8.85419×10-12库-2·牛-1·米-2)。
例如,氯化钠晶体的Z+=Z-=1,R0=2.814×10-10m,m=8,A=1.7476,代入上述公式可得U=755kJ/mol。第二是热化学实验值。设计一个热化学循环,然后根据实验测得的热化学量(如生成热、升华热、离解热、电离能、电子亲合势)进行计算。
影响晶格能大小的因素主要是离子半径、离子电荷以及离子的电子层构型等。
例如,随着卤离子半径增大,卤化物的晶格能降低;
高价化合物的晶格能远大于低价离子化合物的晶格能,如UTiN>UMgO>UNaCl。
此外,Cu+和Na+半径相近、离子电荷相同,但Cu+是18电子构型,对阴离子会产生极化作用,因此UCu2S<UNa2S。
离子化合物都有较高的熔点和沸点,这是和它们离子晶体有很大的晶格能有关。由于UMgO>UNaF,MgO的熔点(2800℃)比NaF的熔点(988℃)高得多。
晶格能的大小决定离子晶体的稳定性,用它可以解释和预言离子晶体的许多物理和化学性质。
例如,根据晶格能大小可以求得难以从实验测出的电子亲和势,可以求得离子化合物的溶解热,并能预测溶解时的热效应。
影响晶格能大小的因素主要是离子半径、离子电荷以及离子的电子层构型等,晶格能越大,表示离子键越强,晶体越稳定,离子带电荷越多对异性电荷吸引力级越大,分子间就越牢固.