波恩-蘭德方程(Born-Lande equation)
/ born LAN-duh /
波恩-蘭德方程就是真正替離子晶體的晶格能算出數字的公式。它源於一場簡單的對峙:異性電荷的離子相吸、本會塌陷到彼此之中,但它們的電子雲無法互相穿透,在近距離會強力反推。晶體最終停在這兩股力平衡的間距上,而波恩-蘭德方程算的正是這個平衡點的能量。
寫出來是 E = -(N_A times M times z+ times z- times e^2) / (4 pi eps0 times r0) times (1 - 1/n)。逐塊來讀:分子把亞佛加厥數 N_A(換成每莫耳的能量)、馬德隆常數 M(整個晶格的幾何)、兩個離子電荷 z+ 與 z-、以及電子電荷平方 e^2 相乘,合起來就是庫侖吸引。除以平衡離子間距 r0,使更近的離子綁得更緊。最後的因子 (1 - 1/n) 帶有波恩指數 n(通常 8 到 12,衡量電子雲抵抗被壓縮的剛硬程度),把能量修掉短程排斥所回吐的約 8 到 12%。
只憑電荷、一個鍵長、一個馬德隆常數與一個波恩指數,這個方程就能把鹼金屬鹵化物與簡單氧化物的晶格能預測到幾個百分點之內,對如此簡單的模型是驚人的成功,也是一條從幾何直達熔點、剛性與硬度的路。它誠實的極限就是離子模型本身的極限:它假設純離子、球形、堅硬的離子,故對可極化離子會偏離,對共價陶瓷則失效,此時需要後續改良(波恩-邁耶式、卡普斯京斯基方程)或一套全然不同的共價記帳。
對 NaCl,代入 M = 1.748、電荷 +1 與 -1、r0 = 0.281 nm、n = 8,得晶格能近 760 kJ/mol,與由波恩-哈伯循環得到的實驗值約 787 kJ/mol 相差僅數個百分點。
電荷、一個鍵長與兩個常數,就預測出真實的結合能。
波恩-蘭德方程的可信度僅及於它的假設。它對鹼金屬鹵化物與簡單氧化物極為好用,但不應信賴於強共價或高度可極化的化合物,那裡它純靜電的記帳會崩解。