Die Triebkraft der Redoxreaktionen: Der Born-Haber-Kreisprozess

Die Beobachtungen zu LV4 (Natriumchlorid-Direktsynthese) zeigen, dass diese Reaktion stark exotherm verläuft. Für 2 Mole gebildeten Natriumchlorids entsprechend der Reaktionsgleichung wird dabei eine Reaktionswärme von 822 kJ freigesetzt: DH_R = -822 kJ. Andererseits finden wir bei der Aufstellung der Redoxgleichungen die Teilgleichungen der Oxidation und der Reduktion mit folgenden Energiebeträgen:

(1) Oxidation: 2 Na —> 2 Na⁺ + 2 e¯; Ionisierungsenergie DH_I = + 1004 kJ
(2) Reduktion: Cl₂ + 2 e¯ —> 2 Cl¯;    Elektronenaffinität DH_E = - 726 kJ

Betrachtet man die energetischen Aspekte dieser beiden Prozesse, dann steht für die Reaktion von 2 Na(s) + Cl₂(g) —> 2 NaCl(s) dem aufzuwendenden Energiebetrag von +1004 kJ/mol für die Ionisierung der Na-Atome ein freiwerdender Energiebetrag von -726 kJ/mol für die Ionisierung der Cl-Atome (Elektronenaffinität) gegenüber. Also dürfte diese Reaktion eigentlich gar nicht ablaufen! Es muss also noch andere Schritte in dem Gesamtprozess geben, die dafür sorgen, dass die NaCl-Synthese im Endeffekt eine exotherme Reaktion mit einer Reaktionswärme von -822 kJ ist. 

Bei der NaCl-Synthese bestehen weder die Edukte noch die Produkte aus voneinander isolierten Teilchen: Natrium-Atome befinden sich im festen Zustand in einem Natrium-Atomgitter, im Chlorgas sind jeweils zwei Atome zu einem Molekül verbunden. Im Natriumchlorid sind sehr sehr viele Ionen in einem Ionengitter angeordnet. Betrachtet man die Einzelschritte der Reaktion, findet man folgende Vorgänge mit den entsprechenden Energiebeträgen:

Die Reaktionswärme (Reaktionsenthalpie) der Reaktion 2 Na(s) + Cl₂(g) –> 2 NaCl(s) beträgt DH_R= - 822 kJ. Rechnet man alle freiwerdenden und aufzuwendenden Energiebeträge gegeneinander auf:    

 DH_S + DH_D + DH_I + DH_E + DH_G = DH_R <==> DH_G = - DH_S - DH_D - DH_I - DH_E + DH_R = ______,

so wird deutlich, dass allein die freiwerdende _____________________ dafür sorgt, dass der Gesamtprozess als exotherme Reaktion

abläuft. Die Gitterenergie beträgt dann: _________ kJ/mol gebildeten NaCl.

Schlussfolgerung: 
Die Triebkraft der Reaktion ist die Bildung energiearmer und damit stabiler Ionenkristalle im festen Zustand.
Die Entstehung dieses Zustandes wird im Born-Haber-Kreisprozess dargestellt: Von den Edukten zum Produkt über die Freiwerdung der Reaktionsenergie oder von den Edukten zum Produkt über die einzelnen Schritte Sublimation, Dissoziation, Ionisierung und Elektronenaffinität.

Für die starke Wärme- und Lichtentwicklung der NaCl-Synthese ist also die Energie, die freigesetzt wird, wenn sich aus Ionen im Gaszustand ein Gitter im festen Zustand bildet - die Gitterenergie - verantwortlich. Die Gitterenergie ist bei vielen Ionenverbindungen im Betrag viel größer als die Summe der Energien bei der Bildung der Ionen.