Weshalb ist der Schmelzpunkt von Aluminiumoxid tiefer als derjenige von Calciumoxid und Magnesiumoxid?
Die Gitterenergie von Aluminium beträgt -15110, diejenige von Magnesiumoxid -3925, diejenige von Calciumoxid -3514, weshalb ist der Schmelzpunkt von Aluminiumoxid dann tiefer?
2 Antworten
Zusätzlich zum Argument von PWolff könnte auch die Packung der Ionen eine Rolle spielen.
MgO und CaO kristallisieren im NaCl-Gitter, hochsymmetrisch. Beim Aluminiumoxid mit einem 2:3-Verhältnis ist die Symmetrie zwangsläufig geringer.
Aber, wie gesagt, ist eine Vermutung.
Im NaCl-Gitter ist jedes Kation von 6 Anionen umgeben, und jedes Anion von 6 Kationen.
Jeweils in Form eines Oktaeders.
So ist der Kristall sehr gleichmäßig.
Wenn auf 3 Anionen aber nur 2 Kationen kommen, kann die Verteilung nicht so gleichmäßig sein.
Vereinfacht gesagt fehlen an einigen Stellen Kationen.
So ist das Gitter weniger stabil.
Es ist schwierig, sich solche Strukturen vorzustellen, sogar mit Bildern und sogar für mich.
Schau dir mal einigen BIlder an, dann verstehst du vielleicht die Problematik und warum ich erst mal nur eine Vermutung geäußert habe.
-15110 was? Vor allem: pro Mol oder pro Kilogramm?
Welche Bildungsenergie hat jeweils die Schmelze? Differenz zur Gitterenergie?
-15110 kJ pro Mol, es geht mir nicht um das Berechnen, einfach darum, dass sonst ja gilt, dass der Schmelzpunkt steigt, wenn die Gitterenergie auch steigt.
Diese Energie muss noch auf die spezifische Wärmekapazität umgerechnet werden. Nach Dulong und Petit ist die spezifische Wärmekapazität pro Atom (nahezu) gleich für alle Salze.
Aluminiumoxid hat die Einheitsformel Al2O3, also 5 Atome pro Formeleinheit, CaO und MgO jeweils nur 2. "Pro Mol" bezieht sich ja auf jeweils eine Formeleinheit.
Was ich meinte: Bei Salzschmelzen sind die Coulomb-Wechselwirkungen der Ionen nicht vernachlässigbar. Aber das dürfte der untergeordnete Effekt sein.
Bei thermischen Vorgängen (und Schmelzpunktbestimmung ist offensichtlich ein solcher) die entscheidende Frage ist "wie viel Energie hat ein einzelnes Teilchen im Mittel?"
Die Energie pro Teilchen bzw. pro Mol einer bestimmten Teilchenart ist eine spezifische Wärmekapazität (und keine absolute Wärmekapazität). (So viel zu spezifisch versus absolut)
In einem Salzgitter schwingen ja die einzelnen Ionen gegeneinander, haben also als einzelne Ionen thermische Energie.
Deshalb muss man nicht nur die spezifische Wärmekapazität statt der absoluten nehmen, sondern auch die spezifische je Ion statt der spezifischen je Formeleinheit.
Könnte man also stark vereinfacht sagen, dass man mit der Gitterenergie pro Mol von Aluminiumoxid mehr Atome voneinander "trennen" muss, als mit derjenigen von Magnesiumoxid pro Mol zum Beispiel, da Magnesiumoxid 2 Atome, Aluminiumoxid 5 Atome pro Formeleinheit hat?
Wenn man die -15110 durch 2.5 (weil Aluminiumoxid 2.5* mehr Atome pro Formeleinheit hat) teilt, dann müsste sich das Ergebnis doch dann auch auf 2 Atome pro Formeleinheit beziehen, es ist aber immer noch viel höher als die Gitterenergie von Magnesiumoxid. Wieso hat Magnesiumoxid trotzdem einen höheren Schmelzpunkt?
Das könnte ich mir nur so erklären, dass Aluminiumoxid auch in der Schmelze noch einen wesentlich höheren Zusammenhalt der Ionen hat als Magnesiumoxid. Das wäre m. E. auch zu erwarten, da die Abstände der Ionen in der Schmelze sich nur wenig von ihren Abständen im Kristall unterscheiden.
Leider sind Schmelzenthalpien nur für wenige Stoffe tabelliert. (Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Enthalpie.html#Schmelzenthalpie_.2F_Kristallisationsenthalpie )
Für Aluminiumoxid habe ich im Internet nichts gefunden.
Könnten Sie dies bitte ein wenig ausführen, ich verstehe leider nicht, auf was Sie hinauswollen?