Ionihila

Ionihila on kiinteän ioniyhdisteen muodostama säännöllinen kidejärjestelmä, jossa positiiviset ja negatiiviset ionit vuorottelevat.

Ionien väliset etäisyydet ionihilassa voidaan määrittää röntgendiffraktiomenetelmällä.^[1] Esimerkiksi natriumkloridin Na–Cl -etäisyys on 281pm, joka tarkoittaa lähimpien vastakkaisvarausten etäisyyttä. Etäisyys on ionisäteiden summa ${\displaystyle d=r_{anioni}+r_{kationi}}$. Ioniyhdisteessä, jossa on suurikokoinen anioni, voidaan näiden etäisyys määrittää laskennallisesti ja siten selvittää anionin lisäksi kationin ionisäde. Menettely kuitenkin edellyttää oletusta, että hilassa kationien ja anionien välisten kosketusten lisäksi on anionien välisiä kosketuksia. Ionisäde on usein samalle aineelle erilainen eri tavoin koordinoituneessa hilassa.^[1]

Toisin kuin esimerkiksi metallien muodostamat kiinteät metallihilat, ionihilat pirstoutuvat helposti iskusta. Yksinkertainen selitys on toisiaan hylkivien ionien asettuminen iskusta kohdakkain, joka aiheuttaa hilan murtumisen.^[2]

Eri ionihilatyypit on nimetty tietyn hilan omaavan aineen tai mineraalin mukaan. ^[1]

• natriumkloridi-hilatyyppi, koordinaatioluvut Na⁺ ja Cl^- 6, NaCl lisäksi mm. NaF,LiCl, KBr, KI, AgCl, MgO, FeO, PbS
• cesiumkloridi-hilatyyppi, koordinaatioluvut Cs⁺ ja Cl^- 8, CsCl lisäksi tallium(I)kloridi
• fluoriitti-hilatyyppi, koordinaatioluvut Ca²⁺ 8 ja F^- 4, CaF₂ lisäksi mm. BaF₂, BaCl₂
• rutiili-hilatyyppi, koordinaatioluvut Ti⁴⁺ 6 ja O^2- 3, TiO₂ lisäksi mm. β-MnO₂, SnO₂, FeF₂
• wurtsiitti , koordinaatioluvut Zn²⁺ 4 ja S^2-, (ZnS)

Pääartikkeli: hilaenergia

Ionihilan hilaenergia voidaan määrittää Born-Landé-yhtälöstä ^[1]

${\displaystyle E=-{\frac {N_{A}M|z_{+}||z_{-}|e^{2}}{4\pi \epsilon _{o}r_{0}}}(1-{\frac {1}{n}})\qquad (J/mol)}$

missä

${\displaystyle \,N_{A}}$ = Avogadron vakio

${\displaystyle \,M}$ = Madelungin vakio, hilatyypille ominainen

${\displaystyle \,|z_{+}|}$ = kationin varauksen itseisarvo

${\displaystyle \,|z_{-}|}$ = anionin varauksen itseisarvo

${\displaystyle \,e}$ = elektronin varaus coulombeina, 1.6022 × 10⁻¹⁹ C

${\displaystyle \,\epsilon _{o}}$ = Tyhjiön permittiivisyys

${\displaystyle \,4\pi \epsilon _{o}}$ = 1.112 × 10⁻¹⁰ C²/(J m)

${\displaystyle \,r_{0}}$ = lähimpien ionien välinen etäisyys

${\displaystyle \,{n}}$ = Bornin eksponentti, luku 5 ja 12 väliltä (ei yksikköä), määritetään kokeellisesti kiinteän aineen kokoonpuristuvuudesta tai johdetaan teoreettisesti.^[3]

Born-Landé -yhtälö pätee pallomaisille ioneille.^[1]

Vaihtoehtoisesti hilaenergia voidaan määrittää Born–Haber-syklistä termodynaamisen informaation avulla.