போர்ன்-ஏபர் சுழற்சி

போர்ன்–ஏபர் சுழற்சி (Born-Haber Cycle) வினையின் ஆற்றல் மாற்றங்களை பகுப்பாய்வு செய்வதற்கான ஒரு வழிமுறையாகும். இக்கருத்தியலை வளர்த்தெடுத்த இரண்டு செருமனி நாட்டு அறிவியலாளர்கள் மாக்ஸ் போர்ன் மற்றும் ஃபிரிட்சு ஏபர் ஆகியோரின் பெயரால் இந்த வழிமுறையானது அழைக்கப்படுகிறது. இந்த சுழற்சியில் ஒரு உலோகம், (பெரும்பாலும் கார உலோகம் அல்லது காரமண் உலோகம்) ஆலசன் அல்லது உலோகமல்லாத, ஆக்சிசன் போன்ற இன்னொரு தனிமத்துடனான வினையின் காரணமாக ஒரு அயனிச் சேர்மம் உருவாவது கருத்தில் கொள்ளப்படுகிறது. .

நேரடியாக அளந்தறிய முடியாத, படிகக்கூடு ஆற்றலை (அல்லது மிகத் துல்லியமாக வெப்ப அடக்கம்^{[note 1]}), கணக்கிட போர்ன்–ஏபர் சுழற்சிகள் முதன்மையாக பயன்படுத்தப்படுகிறது. வளிம நிலையிலுள்ள அயனிகளிலிருந்து (ஒரு வெப்பம் உமிழ் செயல்முறை) ஒரு அயனிச் சேர்மம் உருவாதல் நிகழ்வில் ஏற்படும் வெப்ப அடக்க மாற்றமே படிகக்கூடுகை வெப்ப அடக்கம் என வரையறுக்கப்படுகிறது. சிலநேரங்களில் ஒரு அயனிச் சேர்மத்தை வாயு நிலையில் உள்ள அயனிகளாக சிதைப்பதற்குத் தேவைப்படும் ஆற்றல் (வெப்பம் கொள் செயல்முறை) எனவும் வரையறுக்கப்படுகிறது. போர்ன்-ஏபர் சுழற்சிக் கொள்கையானது எஸ்ஸின் விதியினை (Hess's Law)படிகக்கூடுகை வெப்ப அடக்கத்தைக் கணக்கிடப் பயன்படுத்திக் கொள்கிறது. தனிமங்களிலிருந்து அயனிச் சேர்மம் உருவாதலின் திட்ட வெப்ப அடக்க மாற்றம் (Standard Enthalpy change of formation) மற்றும் தனிமங்களிலிருந்து வாயு நிலை அயனிகள் உருவாவதற்குத் தேவையான வெப்ப அடக்க மாற்றம் ஆகியவற்றை ஒப்பிடுவதிலிருந்து இந்த கணக்கீடு மேற்கொள்ளப்படுகிறது.

இந்த வழிமுறையில் பிற்பகுதி கணக்கீடு மிகவும் சிக்கலானது. தனிமங்களிலிருந்து வாயு நிலை அயனிகளை உருவாக்க தனிமங்கள் அணு நிலைக்கு கொண்டு வரப்பட வேண்டிய தேவை எழுகிறது. தனிமங்களை அணு நிலைக்கு மாற்றிய பிறகே அவற்றை அயனியாக்கம் செய்ய வேண்டியுள்ளது. ஒரு தனிமமானது இயல்பாக மூலக்கூறு நிலையில் இருந்தால் அந்த மூலக்கூறின் பிணைப்பை பிரிக்கும் வெப்ப அடக்கம் (bond dissociation enthalpy) பிணைப்பு ஆற்றலையும் கருத்திற்கொள்ள வேண்டியுள்ளது. ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட எதிர்மின்னிகளை வெளியேற்றி நேர்மின் அயனிகளை உருவாக்குவதற்குத் தேவைப்படும் ஆற்றலானது அடுத்தடுத்த மின்மமாக்கும் ஆற்றல்களின் கூடுதலுலுக்குச் சமமாக உள்ளது. உதாரணமாக, Mg²⁺ அயனியை உருவாக்குவதற்குத் தேவைப்படும் ஆற்றலானது, Mg அணுவிலிருந்து முதல் எதிர்மின்னியை நீக்கத்தேவைப்படும் மின்மமாக்கும் ஆற்றல் மற்றும் Mg⁺ அயனியிலிருந்து இரண்டாவது எதிர்மின்னியை நீக்கத் தேவைப்படும் மின்மாக்கும் ஆற்றல் இவற்றின் கூடுதலாகும். இலத்திரன் நாட்ட சக்தி என்பது, ஒரு எதிர்மின்னி அல்லது ஒரு இலத்திரனை வாயுநிலையில் உள்ள ஒரு நடுநிலையான அணு அல்லது மூலக்கூறுடன் சேர்த்து ஒரு எதிர்மின் அயனியை உருவாக்கும் போது வெளியிடப்படும் ஆற்றல் என வரையறுக்கப்படுகிறது.

போர்ன்-ஏபர் சுழற்சி கார ஆலைடுகள் போன்ற முழுமையும் அயனித் திண்மங்களுக்கு மட்டுமே பொருந்துகின்றன. ஆனால், பல சேர்மங்கள் வேதிப்பிணைப்புகள் மற்றும் படிக ஆற்றல் உருவாவதற்கு சகப்பிணைப்பு மற்றும் அயனிப்பிணைப்பு பங்களிப்புகளைச் சார்ந்தே உள்ளன. இத்தகைய சேர்மங்களுக்கு விரிவுபடுத்தப்பட்ட அல்லது மேம்படுத்தப்பட்ட போர்ன்-ஏபர் வெப்ப இயக்கவியல் சுழற்சியால் குறிக்கப்படுகிறது.^[1] விரிவுபடுத்தப்பட்ட போர்ன்-ஏபர் சுழற்சி சமன்பாடு முனைவுறும் தன்மையுள்ள சேர்மங்களின் முனைவுறு தன்மை மற்றும் அணுமின் சுமைகள் ஆகியவற்றையெல்லாம் மதிப்பிட பயன்படுகிறது.

உதாரணம்: இலித்தியம் புளோரைடின் உருவாக்கம் தொகு

இலித்தியம் புளோரைடு உருவாக்கத்தில் நடக்கும் திட்ட வெப்ப அடக்கம் மாற்றம் தொடர்பான போர்ன்-ஏபர் சுழற்சி. ΔH_latt கொடுக்கப்பட்டவற்றில் U_L ஐ குறிக்கிறது

இலித்தியம் மற்றும் புளோரின் ஆகிய தனிமங்களிலிருந்து (அவற்றின் நிலையான வடிவங்களிலிருந்து) இலித்தியம் புளோரைடின் உருவாக்கம் வரைபடத்தில் ஐந்து படிநிலைகளில் தரப்பட்டுள்ளது.

இலித்தியம் அணுநிலைக்கு மாறுதல் தொடர்பான வெப்ப அடக்க மாற்றம்
இலித்தியம் அயனியாக்க வெப்ப அடக்கம்
புளோரினின் அணுவாக்க வெப்ப அடக்கம்
புளோரினின் இலத்திரன் நாட்ட சக்தி
படிகக்கூடுகை வெப்ப அடக்கம்

இதே கணக்கீட்டு முறை இலித்தியம் தவிர இதர உலோகங்களுக்கும், புளோரின் தவிர இதர அலோகங்களுக்கும் பொருந்தும்.

ஒவ்வொரு படிநிலைக்குமான ஆற்றல் மாற்றங்களின் கூட்டுத்தொகையானது உலோகம் மற்றும் அலோகத்தின் தனித்தனியான உருவாக்க வெப்ப அடக்க மாற்றத்திற்கு சமமானதாக இருக்க வேண்டும். $\Delta {\text{H}}_{\text{f}}$ .

$\Delta {\text{H}}_{\text{f}}={\text{V}}+{\frac {1}{2}}{\text{B}}+{\text{IE}}_{\text{M}}-{\text{EA}}_{\text{X}}+{\text{U}}_{\text{L}}$

V உலோக அணுக்களின் பதங்கமாதல் வெப்ப அடக்கம்
B (F₂) இன் பிணைப்பு ஆற்றல்.(உருவாக்க வினையின் சமன்பாடு பின்வருமாறு Li + 1/2 F₂ → LiF.இருப்பதால் 1/2 என்ற கெழுவானது பயன்படுத்தப்படுகிறது)
${\text{IE}}_{\text{M}}$ உலோக அணுவின் அயனியாக்க ஆற்றல் : ${\text{M}}+{\text{IE}}_{\text{M}}\to {\text{M}}^{+}+{\text{e}}^{-}$
${\text{EA}}_{\text{X}}$ X ஆலசனின் இலத்திரன் நாட்ட சக்தி
${\text{U}}_{\text{L}}$ படிகக்கூடுகை ஆற்றல் (இங்கு வெப்ப உமிழ் வினையாக வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது)

உருவாக்கத்திற்கான நிகர வெப்ப அடக்கம் மற்றும் முதல் நான்கு படிநிலைகளில் நடக்கும் ஆற்றல் மாற்றங்கள் சோதனை முறையில் கண்டறியப்படலாம். ஆனால், படிகக்கூடுகை ஆற்றலை நேரடியாகக் கணக்கிட முடியாது. இதற்குப் பதிலாக, போர்ன்-ஏபர் சுழற்சியைப் பயன்படுத்தி நிகர உருவாக்க வெப்ப அடக்கத்திலிருந்து மற்ற நான்கு ஆற்றல் மாற்றங்களின் கூடுதலைக் கழித்துப் பெறலாம்.^[2]

குறிப்பு 1 தொகு

↑ The difference between energy and enthalpy is very small and the two terms are interchanged freely in this article.

மேற்கோள்கள் தொகு

↑ H. Heinz and U. W. Suter Journal of Physical Chemistry B 2004, 108, 18341-18352.
↑ Moore, Stanitski, and Jurs. Chemistry: The Molecular Science. 3rd edition. 2008. ISBN 0-495-10521-X. pages 320-321.

[1] The difference between energy and enthalpy is very small and the two terms are interchanged freely in this article.

[2] H. Heinz and U. W. Suter Journal of Physical Chemistry B 2004, 108, 18341-18352.

[3] Moore, Stanitski, and Jurs. Chemistry: The Molecular Science. 3rd edition. 2008. ISBN 0-495-10521-X. pages 320-321.

[note 1]

[1]

[2]