Equação de Kapustinskii

A equação de Kapustinskii é usada no cálculo da energia de rede ${\displaystyle U_{L}}$ para um cristal iônico, a qual é experimentalmente difícil de se determinar. Foi nomeada em homenagem a Anatoli Fedorovich Kapustinskii, que publicou a fórmula em 1956.^[1] Ela apresenta-se como segue:

${\displaystyle U_{L}={K}\cdot {\frac {\nu \cdot |z^{+}|\cdot |z^{-}|}{r^{+}+r^{-}}}\cdot {\biggl (}1-{\frac {d}{r^{+}+r^{-}}}{\biggr )}}$

onde:

• ${\displaystyle K=1,20200\times 10^{-4}}$ ${\displaystyle J\cdot m\cdot mol^{-1}}$;
• ${\displaystyle d=3,45\times 10^{-11}}$ ${\displaystyle m}$;
• ${\displaystyle \nu }$ é o número de íons na fórmula empírica;
• ${\displaystyle z^{+}}$ e ${\displaystyle z^{-}}$ são o número de cargas elementares no cátion e no ânion, respectivamente;
• ${\displaystyle r^{+}}$ e ${\displaystyle r^{-}}$ são os raios do cátion e do ânion, respectivamente.

A energia de rede calculada dá uma boa estimativa para a equação de Born-Landé; o valor real geralmente difere em menos de 5%.

Além disso, é possível determinar os raios iônicos (ou, mais apropriadamente, o raio termoquímico) usando-se a equação de Kapustinskii quando a energia da rede é conhecida. Isso é útil para íons muito complexos como sulfato (SO2−
4) e fosfato (PO3−
4).

Kapustinskii originalmente propôs a seguinte forma mais simples, que ele caracterizou como "associada a conceitos antiquados do caráter das forças de repulsão".^[1][2]

${\displaystyle U_{L}={K'}\cdot {\frac {\nu \cdot |z^{+}|\cdot |z^{-}|}{r^{+}+r^{-}}}}$

Aqui, ${\displaystyle K'}$ = 1,079 ×10⁻⁴ J·m·mol⁻¹ . Essa forma da equação de Kapustinskii pode ser obtida como uma aproximação da equação de Born-Landé abaixo.^[1][2]

${\displaystyle U_{L}=-{\frac {N_{A}Mz^{+}z^{-}e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}r_{0}}}\left(1-{\frac {1}{n}}\right)}$

Kapustinskii substituiu ${\displaystyle r_{0}}$ — a distância medida entre os íons — pela soma dos raios iônicos correspondentes. Além disso, assumiu-se que o expoente de Born (${\displaystyle n}$) tinha um valor médio de 9. Finalmente, ele notou que a constante de Madelung (${\displaystyle M}$) era aproximadamente 0,88 vez o número de íons na fórmula empírica.^[2] A derivação da forma posterior da equação de Kapustinskii seguiu uma lógica semelhante, partindo do tratamento químico-quântico em que o termo final é 1 − dr₀ onde d é o mesmo definido acima. Substituindo-se ${\displaystyle r_{0}}$ como antes, ontém-se a equação completa de Kapustinskii

• Ciclo de Born-Haber
• Equação de Born-Landé
• Equação de Born-Mayer

• Kapustinsky, A. (1 de janeiro de 1933). «Allgemeine Formel für die Gitterenergie von Kristallen beliebiger Struktur». Walter de Gruyter GmbH. Zeitschrift für Physikalische Chemie (em alemão). 22B (1): 257. ISSN 2196-7156. doi:10.1515/zpch-1933-2220 
• AF Kapustinskii; Zhur. Fiz. Khim. Nº 5, 1943, pág. 59 ss.

Referências