A energia da rede mede a força com que os íons em um sólido iônico são mantidos juntos – um número que os químicos usam para explicar pontos de fusão, solubilidade e dureza. Esta calculadora estima a energia da rede com a equação de Kapustinskii, um modelo simplificado que precisa apenas de cargas iônicas, o número de íons por unidade de fórmula e raios iônicos, em vez da estrutura cristalina completa que um cálculo mais rigoroso exigiria.
Como a equação de Kapustinskii estima a energia da rede
A equação de Kapustinskii trata um sólido iônico como uma coleção de esferas duras e de carga oposta mantidas juntas por uma simples atração coulombiana e, em seguida, adiciona uma correção de repulsão de curto alcance (o termo 1 − 34,5/r₀) para explicar o fato de que os íons não podem se sobrepor indefinidamente. Como não precisa da geometria cristalina real do composto - a constante de Madelung exigida por um cálculo completo de Born-Landé - ele funciona para compostos cuja estrutura é desconhecida ou hipotética, ao custo de normalmente fugir alguns por cento do valor experimental (ciclo de Born-Haber). Para o cloreto de sódio, a equação dá cerca de 746 kJ/mol contra um valor experimental próximo de 787 kJ/mol – uma boa estimativa, não exata.
Por que a carga iônica domina a energia da rede
A energia da rede é dimensionada diretamente com o produto das duas cargas de íons, z+ vezes z−. O óxido de magnésio (Mg²⁺, O²⁻) tem um produto de carga de 4, quatro vezes o produto de carga do cloreto de sódio de 1 - e sua energia de rede calculada, cerca de 3.798 kJ/mol, é aproximadamente cinco vezes os 746 kJ/mol do NaCl, embora os íons do óxido de magnésio sejam menores e se acumulem mais próximos. É por isso que os compostos construídos a partir de pares de íons 2+/2− ou 3+/2− (óxidos, muitos minerais) tendem a ter pontos de fusão e dureza dramaticamente mais altos do que os sais 1+/1− simples.
Por que íons menores se ligam mais fortemente
Mantendo as cargas constantes, a energia da rede aumenta à medida que os íons ficam menores, porque a atração coulombiana entre duas cargas pontuais aumenta à medida que elas se aproximam. O fluoreto de lítio e o cloreto de sódio compartilham o mesmo par de carga +1/-1, mas os íons do LiF somam um raio de 209 pm versus 283 pm do NaCl - e a energia de rede estimada do LiF, cerca de 960 kJ/mol, é quase 30% maior. Este efeito de raio é a razão pela qual a energia da rede geralmente diminui ao descer um grupo da tabela periódica (íons maiores) e aumenta ao subir nele.