Langkau ke kandungan
Kimia · Tingkatan 6 (STPM Chemistry) · Chemical Energetics

12.3 Born-Haber cycle

Unit ini membina kitar Born-Haber (Born-Haber cycle) bagi sebatian ion ringkas dan larutan akueus sebatian ion, serta menerangkan kesan cas dan jejari ion terhadap tenaga kekisi dan tenaga penghidratan.

  • STPM
  • 3 SP
  • 14 latihan
  • Percuma
Belajar & latih secara interaktifSemua unit Kimia STPM

SP 12.3.1Construct Born-Haber cycle for (i) simple ionic compounds

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Construct (Membina)

Calon perlu membina kitar Born-Haber bagi sebatian ion ringkas dan menggunakannya untuk menghitung tenaga kekisi atau kuantiti lain.

  1. IsiLangkah kitar
    Huraian

    Pengatoman logam, pengionan, pengatoman bukan logam, afiniti elektron, tenaga kekisi; semuanya bersamaan ΔH°f melalui hukum Hess.

    Contoh

    NaCl: −411 = 107 + 496 + 122 + (−349) + LE, maka LE = −787 kJ mol⁻¹.

  2. IsiStoikiometri dalam kitar
    Huraian

    Darab langkah mengikut bilangan atom/ion dalam formula.

    Contoh

    MgCl₂: Cl₂(g) → 2Cl(g) memerlukan 2 × ΔHat(Cl) dan 2 × EA(Cl); KBr: LE = −394 − (89 + 419 + 112 − 325) = −689 kJ mol⁻¹.

Peta alirKitar Born-Haber NaCl: langkah

  1. Pengatoman Na: Na(p) → Na(g), ΔHat = +107 kJ mol⁻¹
  2. Pengionan Na: Na(g) → Na⁺(g) + e⁻, IE₁ = +496 kJ mol⁻¹
  3. Pengatoman Cl: ½Cl₂(g) → Cl(g), ΔHat = +122 kJ mol⁻¹
  4. Afiniti elektron Cl: Cl(g) + e⁻ → Cl⁻(g), EA = −349 kJ mol⁻¹
  5. Tenaga kekisi: Na⁺(g) + Cl⁻(g) → NaCl(p), LE = ?
  6. Pembentukan: Na(p) + ½Cl₂(g) → NaCl(p), ΔHf° = −411 kJ mol⁻¹
SP 12.3.1

Peta alirContoh: tenaga kekisi NaCl

  1. Hukum Hess: ΔHf° = ΔHat(Na) + IE₁ + ΔHat(Cl) + EA + LE
  2. −411 = 107 + 496 + 122 + (−349) + LE
  3. −411 = 376 + LE
  4. LE = −411 − 376 = −787 kJ mol⁻¹
SP 12.3.1

SP 12.3.2Construct Born-Haber cycle for (ii) an aqueous solution of ionic compounds

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Construct (Membina)

Calon perlu membina kitar tenaga bagi larutan akueus sebatian ion: tenaga kekisi, tenaga penghidratan dan entalpi pelarutan.

  1. IsiKitar pelarutan
    Huraian

    Kekisi dipecahkan kepada ion gas (−LE, endotermik), ion gas dihidratkan (ΣΔHhid, eksotermik): ΔHsol = −LE + ΣΔHhid.

    Contoh

    NaCl: ΔHsol = +787 + (−406 − 378) = +3 kJ mol⁻¹.

  2. IsiMentafsir tanda
    Huraian

    Jika ΣΔHhid lebih eksotermik daripada tenaga untuk memecahkan kekisi, ΔHsol negatif.

    Contoh

    KCl: ΔHsol = +711 + (−322 − 378) = +11 kJ mol⁻¹ (larutan menjadi sejuk sedikit).

NotaKitar bagi larutan akueus sebatian ion

Pelarutan sebatian ion boleh dibayangkan dua peringkat: (1) kekisi dipecahkan kepada ion gas, tenaga = −LE (endotermik); (2) ion gas dihidratkan, tenaga = ΣΔHhid (eksotermik). Hukum Hess: ΔHsol = −LE + ΣΔHhid. Jika tenaga penghidratan melebihi tenaga untuk memecahkan kekisi, ΔHsol negatif dan garam biasanya larut dengan mudah.

SP 12.3.2

Peta alirContoh: ΔHsol NaCl

  1. LE(NaCl) = −787 kJ mol⁻¹; ΔHhid(Na⁺) = −406, ΔHhid(Cl⁻) = −378 kJ mol⁻¹.
  2. NaCl(p) → Na⁺(g) + Cl⁻(g): +787 kJ
  3. Na⁺(g) + Cl⁻(g) → Na⁺(ak) + Cl⁻(ak): −406 + (−378) = −784 kJ
  4. ΔHsol = +787 − 784 = +3 kJ mol⁻¹ (sedikit endotermik)
SP 12.3.2

SP 12.3.3Explain qualitatively the effects of ionic charge and ionic radius on the numerical value of lattice energy and hydration energy.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan secara kualitatif kesan cas ion dan jejari ion ke atas nilai tenaga kekisi dan tenaga penghidratan.

  1. IsiCas ion
    Huraian

    Cas lebih tinggi menghasilkan tarikan elektrostatik lebih kuat, maka tenaga kekisi dan penghidratan lebih eksotermik.

    Contoh

    LE MgO (−3791 kJ mol⁻¹) jauh lebih eksotermik daripada NaCl (−787 kJ mol⁻¹) kerana Mg²⁺ dan O²⁻ bercas 2.

  2. IsiJejari ion
    Huraian

    Ion lebih kecil (ketumpatan cas tinggi) membolehkan ion lebih rapat, maka tarikan lebih kuat.

    Contoh

    LE NaF (−918) lebih eksotermik daripada NaCl (−787); ΔHhid Na⁺ (−406) lebih eksotermik daripada K⁺ (−322).

Peta pelbagai alirFaktor nilai tenaga kekisi dan penghidratan

SebabCas ion lebih tinggiJejari ion lebih kecil (ketumpatan cas tinggi)
Daya tarikan elektrostatik lebih kuat (∝ cas⁺ × cas⁻ / (r⁺ + r⁻))
AkibatTenaga kekisi lebih eksotermik (nilai magnitud lebih besar)Tenaga penghidratan lebih eksotermik (ion menarik molekul air lebih kuat)Takat lebur sebatian ion lebih tinggi
SP 12.3.3

JadualContoh perbandingan (kJ mol⁻¹)

PerbandinganNilaiSebab
LE NaF lawan NaCl−918 lawan −787F⁻ lebih kecil daripada Cl⁻
LE NaCl lawan MgO−787 lawan −3791Mg²⁺ dan O²⁻ bercas 2, lebih kecil
ΔHhid Na⁺ lawan K⁺−406 lawan −322Na⁺ lebih kecil
ΔHhid Na⁺ lawan Mg²⁺−406 lawan −1921Mg²⁺ cas lebih tinggi dan lebih kecil
SP 12.3.3

Ingat: mnemonik & kad imbas

Mnemonik

PIPAK
Urutan kitar Born-Haber NaCl: Pengatoman logam, Ionisasi (tenaga pengionan), Pengatoman bukan logam, Afiniti elektron, Kekisi (tenaga kekisi).

Kad imbas

Persamaan Hess kitar Born-Haber NaCl
ΔHf° = ΔHat(Na) + IE₁ + ΔHat(Cl) + EA + LE
ΔHsol daripada LE dan ΔHhid
ΔHsol = −LE + ΣΔHhid
Kesan jejari ion lebih kecil
Tenaga kekisi dan penghidratan lebih eksotermik
Kesan cas ion lebih tinggi
Daya tarikan lebih kuat, LE dan ΔHhid lebih eksotermik

Semak kefahaman

  1. Hitung tenaga kekisi KCl (ΔH°f = −437, pengatoman K = +89, IE₁ K = +419, pengatoman Cl = +122, afiniti elektron Cl = −349 kJ mol⁻¹). (SP 12.3.1)

    Lihat jawapan

    LE = −437 − (89 + 419 + 122 − 349) = −437 − 281 = −718 kJ mol⁻¹.

  2. Tulis hubungan antara ΔHsol, tenaga kekisi (LE) dan entalpi penghidratan. (SP 12.3.2)

    Lihat jawapan

    ΔHsol = −LE + ΣΔHhid.

  3. Mengapakah tenaga kekisi MgO jauh lebih eksotermik daripada NaCl? (SP 12.3.3)

    Lihat jawapan

    Ion Mg²⁺ dan O²⁻ bercas lebih tinggi, maka tarikan elektrostatik lebih kuat.

14 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.

Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
  1. Mengingat

    Aktiviti: Murid menyusun langkah kitar Born-Haber bagi NaCl (atomisasi, pengionan, afiniti elektron, tenaga kekisi) pada kad.

    Bukti hasil kerja: Lembaran kerja atau kuiz ringkas: ketepatan ingatan istilah dan fakta tentang kitar Born-Haber.

    SP disasar: 12.3.1 · Latihan sepadan: aras Mengingat
  2. Memahami

    Aktiviti: Berpasangan, murid melukis kitar Born-Haber bagi MgO dan larutan akueus ion dan menerangkan setiap langkah.

    Bukti hasil kerja: Penerangan lisan dan lukisan murid tentang kitar Born-Haber; semak ketepatan hubungan sebab dan akibat.

    SP disasar: 12.3.1, 12.3.2 · Latihan sepadan: aras Memahami
  3. Mengaplikasi

    Aktiviti: Murid mengira tenaga kekisi sebatian ion daripada data entalpi dalam kitar Born-Haber.

    Bukti hasil kerja: Jawapan lembaran kerja atau hasil pengiraan tentang kitar Born-Haber; semak kaedah dan ketepatan jawapan.

    SP disasar: 12.3.1 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi
  4. Menganalisis

    Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menganalisis kesan cas ion dan jejari ion pada nilai tenaga kekisi menggunakan data NaF, NaCl dan MgO.

    Bukti hasil kerja: Jadual atau peta pemikiran analisis kitar Born-Haber; semak ketepatan kesimpulan berasaskan data atau bukti.

    SP disasar: 12.3.3 · Latihan sepadan: aras Menganalisis

Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan

Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 65 unit Kimia STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.

Belajar & latih secara interaktifSemua unit Kimia STPM

Unit lain dalam Chemical Energetics

  1. 12.1 Enthalpy changes
  2. 12.2 Hess’s law
  3. 12.3 Born-Haber cycle