Ключова разлика – солватационна енергия срещу решетъчна енергия
Енергията на разтваряне е промяната в енергията на Гибс на разтворител, когато разтвореното вещество се разтвори в този разтворител. Енергията на решетката е или количеството енергия, освободено по време на образуването на решетка от йони, или количеството енергия, необходимо за разрушаване на решетката. Ключовата разлика между енергията на солватация и енергията на решетката е, че енергията на солватацията предизвиква промяната на енталпията при разтваряне на разтворено вещество в разтворител, докато енергията на решетката дава промяната на енталпията при образуване (или разпадане) на решетка.
Какво е солватационна енергия?
Енергията на разтваряне е промяната в енергията на Гибс, когато йон или молекула се прехвърлят от вакуум (или газова фаза) към разтворител. Солватацията е взаимодействието между разтворител и молекули или йони на разтворено вещество. Разтвореното вещество е съединението, което ще се разтвори в разтворителя. Някои разтворени вещества са съставени от молекули, докато други съдържат йони.
Взаимодействието между частиците на разтворителя и разтвореното вещество определя много от свойствата на разтвореното вещество. Например: разтворимост, реактивност, цвят и т.н. По време на процеса на солватация, частиците на разтвореното вещество са заобиколени от молекули на разтворителя, образувайки солватни комплекси. Когато разтворителят, участващ в това разтваряне, е вода, процесът се нарича хидратация.
По време на процеса на солватация се образуват различни видове химични връзки и взаимодействия; водородни връзки, йон-диполни взаимодействия и сили на Ван дер Ваал. Допълнителните свойства на разтворителя и разтвореното вещество определят разтворимостта на разтвореното вещество в разтворител. Например, полярността е основен фактор, който определя разтворимостта на разтвореното вещество в разтворител. Полярните разтвори се разтварят добре в полярни разтворители. Неполярните разтворени вещества се разтварят добре в неполярни разтворители. Но разтворимостта на полярните разтворени вещества в неполярни разтворители (и обратното) е лоша.
Фигура 01: Разтваряне на натриев катион във вода
Когато става дума за термодинамика, солватацията е възможна (спонтанна) само ако енергията на Гибс на крайния разтвор е по-ниска от отделните енергии на Гибс на разтворителя и разтвореното вещество. Следователно свободната енергия на Гибс трябва да бъде отрицателна стойност (свободната енергия на Гибс на системата трябва да бъде намалена след образуването на разтвора). Разтварянето включва различни стъпки с различни енергии.
- Образуване на кухина от разтворител, за да се направи място за разтворени вещества. Това е термодинамично неблагоприятно, защото когато взаимодействията между молекулата на разтворителя намаляват, ентропията намалява.
- Отделянето на частиците на разтвореното вещество от масата също е термодинамично неблагоприятно. Това е така, защото взаимодействията разтворено вещество-разтворено вещество са намалени.
- Взаимодействията разтворител-разтворено вещество се осъществяват, когато разтвореното вещество навлезе в кухината на разтворителя, е термодинамично благоприятно.
Енергията на разтваряне е известна още като енталпия на разтваряне. Полезно е да се обясни разтварянето на някои решетки в разтворители, докато някои решетки не го правят. Промяната на енталпията на разтвора е разликата между енергиите на освобождаване на разтвореното вещество от обема и комбинирането на разтвореното вещество с разтворителя. Ако даден йон има отрицателна стойност за промяната на енталпията на разтвора, това показва, че е по-вероятно йонът да се разтвори в този разтворител. Високата положителна стойност показва, че е по-малко вероятно йонът да се разтвори.
Какво е решетъчна енергия?
Енергията на решетката е мярка за енергията, съдържаща се в кристалната решетка на съединение, равна на енергията, която би се освободила, ако компонентните йони се съберат заедно от безкрайност. Енергията на решетката на съединение може също да се дефинира като количеството енергия, необходимо за разграждане на йонно твърдо вещество на неговите атоми в газообразна фаза.
Йонните твърди вещества са много стабилни съединения поради енталпиите на образуване на йонни молекули заедно със стабилността, дължаща се на енергията на решетката на твърдата структура. Но енергията на решетката не може да бъде измерена експериментално. Следователно цикълът на Борн-Хабер се използва за определяне на енергията на решетката на йонните твърди вещества. Има няколко термина, които трябва да се разберат, преди да се начертае цикъл на Борн-Хабер.
- Йонизационна енергия – Количеството енергия, необходимо за отстраняване на електрон от неутрален атом в газообразното
- Електронен афинитет – Количеството енергия, което се освобождава, когато електрон се добави към неутрален атом в газообразното
- Енергия на дисоциация – Количеството енергия, необходимо за разпадане на съединение на атоми или йони.
- Енергия на сублимация – количеството енергия, необходимо за превръщане на твърдото вещество в неговите пари
- Топлината на образуване – Промяната в енергията, когато едно съединение се образува от неговите елементи.
- Закон на Хес – Закон, който гласи, че цялостната промяна в енергията на определен процес може да бъде определена чрез разделяне на процеса на различни стъпки.
Фигура 02: Цикълът на Борн-Хабер за образуване на литиев флуорид (LiF)
Цикълът на Борн-Хабер може да бъде даден със следното уравнение.
Топлина на образуване=топлина на атомизация + енергия на дисоциация + сума от йонизационни енергии + сума от афинитети към електрони + енергия на решетката
Тогава енергията на решетката на съединение може да се получи чрез пренареждане на това уравнение, както следва.
Енергия на решетката=топлина на образуване – {топлина на атомизация + енергия на дисоциация + сума от йонизационни енергии + сума от афинитети към електрони}
Каква е разликата между енергията на разтворимост и енергията на решетката?
Енергия на разтварянето срещу енергия на решетката |
|
| Енергията на разтваряне е промяната в енергията на Гибс, когато йон или молекула се прехвърлят от вакуум (или газова фаза) към разтворител. | Енергията на решетката е мярка за енергията, съдържаща се в кристалната решетка на съединение, равна на енергията, която би се освободила, ако компонентните йони се съберат заедно от безкрайността. |
| Принцип | |
| Енергията на разтваряне дава промяната на енталпията при разтваряне на разтворено вещество в разтворител. | Енергията на решетката дава промяната на енталпията при образуване (или разпадане) на решетка. |
Обобщение – Енергия на разтворимост срещу енергия на решетката
Енергията на разтваряне е промяната на енталпията на система по време на разтварянето на разтворено вещество в разтворител. Енергията на решетката е количеството енергия, освободено по време на образуването на решетката, или количеството енергия, необходимо за разграждане на решетката. Разликата между енергията на солватация и енергията на решетката е, че енергията на солватацията предизвиква промяната на енталпията при разтваряне на разтворено вещество в разтворител, докато енергията на решетката дава промяната на енталпията при образуване (или разпадане) на решетка.
