Ključna razlika - energija solvacije in energija rešetke
Solvatorska energija je sprememba Gibbsove energije topila, ko se topljeno sredstvo raztopi v tem topilu. Energija rešetke je bodisi količina energije, ki se sprosti med tvorbo mreže iz ionov, bodisi količina energije, potrebna za razgradnjo mreže. Ključna razlika med energijo solvacije in energijo rešetke je, da energija solvata daje spremembo entalpije pri raztapljanju topljene snovi v topilu, medtem ko energija rešetke daje spremembo entalpije pri nastanku (ali razgradnji) rešetke.
VSEBINA
1. Pregled in ključna razlika
2. Kaj je energija solvacije
3. Kaj je energija rešetke
4. Vzporedna primerjava - Energija solvacije vs energija rešetke v tabelarni obliki
5. Povzetek
Kaj je energija solvacije?
Solvatorska energija je sprememba Gibbsove energije, ko se ion ali molekula prenese iz vakuuma (ali plinske faze) v topilo. Solvatacija je interakcija med topilom in molekulami ali ioni topljene snovi. Topljena snov je spojina, ki se bo raztopila v topilu. Nekatere topljene snovi so sestavljene iz molekul, nekatere pa vsebujejo ione.
Interakcija med delci topila in topljene snovi določa številne lastnosti topljene snovi. Na primer: topnost, reaktivnost, barva itd. Med postopkom solviranja so delci topljene obdani z molekulami topila, ki tvorijo solvatne komplekse. Kadar je topilo, ki sodeluje pri tej solvaciji, voda, se postopek imenuje hidracija.
Med postopkom solviranja nastajajo različne vrste kemičnih vezi in interakcij; vodikove vezi, ionsko-dipolne interakcije in Van der Waalove sile. Komplementarne lastnosti topila in topljene snovi določajo topnost topljene snovi v topilu. Na primer, polarnost je glavni dejavnik, ki določa topnost topljene snovi v topilu. Polarne topljene snovi se dobro raztopijo v polarnih topilih. Nepolarne topljene snovi se dobro raztopijo v nepolarnih topilih. Toda topnost polarnih topljenih snovi v nepolarnih topilih (in obratno) je slaba.
Slika 01: Solvacija natrijevega kationa v vodi
Ko gre za termodinamiko, je solvatacija mogoča (spontana) le, če je Gibbsova energija končne raztopine nižja od posameznih Gibbsovih energij topila in topljene snovi. Zato bi morala biti Gibbsova prosta energija negativna vrednost (Gibbsova prosta energija sistema naj bi se zmanjšala po nastanku raztopine). Solvacija vključuje različne korake z različnimi energijami.
- Oblikovanje votline v topilu, da se ustvari prostor za topljene snovi. To je termodinamično neugodno, ker ko se zmanjšajo interakcije med molekulo topila in zmanjša entropija.
- Termodinamično neugodno je tudi ločevanje delca topljene snovi od glavnine. To je zato, ker se interakcije topljene snovi in topljene snovi zmanjšajo.
- Interakcije topila in topljene snovi potekajo, ko raztopljena snov vstopi v votlino topila, je termodinamično ugodna.
Solvatorska energija je znana tudi kot entalpija solvacije. Koristno je razložiti raztapljanje nekaterih mrež v topilih, medtem ko nekatere ne. Sprememba entalpije raztopine je razlika med energijami sproščanja topljene snovi v razsutem stanju in kombiniranja topljene snovi s topilom. Če ima ion negativno vrednost za spremembo entalpije raztopine, to pomeni, da se ion bolj verjetno raztopi v tem topilu. Visoka pozitivna vrednost kaže, da se ion manj verjetno raztopi.
Kaj je mrežasta energija?
Energija rešetke je mera energije, ki jo vsebuje kristalna mreža spojine, enaka energiji, ki bi se sprostila, če bi sestavne ione sestavili skupaj iz neskončnosti. Energijo rešetke spojine lahko definiramo tudi kot količino energije, ki je potrebna za razgradnjo ionske trdne snovi na njene atome v plinasti fazi.
Ionske trdne snovi so zelo stabilne spojine zaradi entalpij tvorbe ionskih molekul in stabilnosti zaradi rešetkaste energije trdne strukture. Toda energije rešetke ni mogoče izmeriti eksperimentalno. Zato se za določanje rešetkaste energije ionskih trdnih snovi uporablja Born-Haberjev cikel. Pred risanjem Born-Haberjevega cikla je treba razumeti več izrazov.
- Ionizacijska energija - količina energije, potrebna za odstranitev elektrona iz nevtralnega atoma v plinastem okolju
- Afiniteta do elektronov - Količina energije, ki se sprosti, ko se elektronu doda nevtralni atom v plinastem
- Disociacijska energija - Količina energije, ki je potrebna za razgradnjo spojine na atome ali ione.
- Sublimacijska energija - Količina energije, potrebna za pretvorbo trdne snovi v njeno paro
- Toplota tvorbe - Sprememba energije, ko spojina nastane iz njenih elementov.
- Hessov zakon - zakon, ki določa, da je mogoče celotno spremembo energije določenega procesa določiti tako, da se postopek razdeli v različne korake.
Slika 02: Born-Haberjev cikel za tvorbo litijevega fluorida (LiF)
Born-Haberjev cikel lahko podamo z naslednjo enačbo.
Toplota tvorbe = toplota atomizacije + energija disociacije + vsota ionizacijskih energij + vsota afinitet elektronov + energija rešetke
Nato lahko energijo rešetke spojine dobimo s preureditvijo te enačbe, kot sledi.
Energija rešetke = toplota tvorbe - {toplota atomizacije + energija disociacije + vsota energij ionizacije + vsota afinitet elektronov}
Kakšna je razlika med energijo solvacije in energijo mrežice?
Diff Article Sredina pred mizo
Solvacijska energija vs energijo rešetke |
|
| Solvatorska energija je sprememba Gibbsove energije, ko se ion ali molekula prenese iz vakuuma (ali plinske faze) v topilo. | Energija rešetke je mera energije, ki jo vsebuje kristalna mreža spojine, enaka energiji, ki bi se sprostila, če bi sestavne ione sestavili skupaj iz neskončnosti. |
| Načelo | |
| Energija raztopitve daje spremembo entalpije pri raztapljanju topljene snovi v topilu. | Energija rešetke daje spremembo entalpije pri nastanku (ali razgradnji) rešetke. |
Povzetek - Energija solvacije vs energija rešetke
Solvatorska energija je sprememba entalpije sistema med solvacijo topljene snovi v topilu. Energija rešetke je količina energije, ki se sprosti med tvorbo rešetke, ali količina energije, ki je potrebna za razgradnjo mreže. Razlika med energijo solvacije in energijo rešetke je v tem, da energija solvata daje spremembo entalpije pri raztapljanju topljene snovi v topilu, medtem ko energija rešetke daje spremembo entalpije pri nastanku (ali razgradnji) rešetke.
