Ključna razlika – Energija rješenja u odnosu na energiju rešetke
Energija rastvaranja je promjena Gibbsove energije rastvarača kada se otopljena tvar otopi u tom rastvaraču. Energija rešetke je ili količina energije koja se oslobađa tokom formiranja rešetke od jona ili količina energije potrebna za razbijanje rešetke. Ključna razlika između energije solvatacije i energije rešetke je u tome što energija solvatacije daje promjenu entalpije prilikom rastvaranja otopljene tvari u otapalu, dok energija rešetke daje promjenu entalpije pri formiranju (ili raspadu) rešetke.
Šta je energija rješenja?
Energija solvacije je promjena Gibbsove energije kada se ion ili molekul prebace iz vakuuma (ili gasne faze) u rastvarač. Solvatacija je interakcija između rastvarača i molekula ili jona otopljene tvari. Otvorena supstanca je spoj koji će se otopiti u rastvaraču. Neke otopljene tvari se sastoje od molekula dok neke sadrže jone.
Interakcija između čestica otapala i otopljene tvari određuje mnoga svojstva otopljene tvari. Na primjer: rastvorljivost, reaktivnost, boja, itd. Tokom procesa rastvorljivosti, čestice rastvorene supstance su okružene molekulima rastvarača koji formiraju solvatacione komplekse. Kada je rastvarač uključen u ovo rastvaranje voda, proces se naziva hidratacija.
Različite vrste hemijskih veza i interakcija se formiraju tokom procesa solvatacije; vodonične veze, ion-dipol interakcije i Van der Waalove sile. Komplementarna svojstva otapala i otopljene tvari određuju topljivost otopljene tvari u otapalu. Na primjer, polaritet je glavni faktor koji određuje topljivost otopljene tvari u rastvaraču. Polarne otopljene tvari se dobro otapaju u polarnim rastvaračima. Nepolarne otopljene tvari se dobro otapaju u nepolarnim rastvaračima. Ali rastvorljivost polarnih rastvorenih materija u nepolarnim rastvaračima (i obrnuto) je loša.
Slika 01: Otapanje katjona natrijuma u vodi
Kada je u pitanju termodinamika, solvatacija je moguća (spontana) samo ako je Gibbsova energija konačnog rješenja niža od pojedinačnih Gibbsovih energija rastvarača i otopljene tvari. Stoga bi Gibbsova slobodna energija trebala biti negativna vrijednost (Gibbsova slobodna energija sistema bi trebala biti smanjena nakon formiranja rješenja). Rješenje uključuje različite korake s različitim energijama.
- Formiranje šupljine otapala kako bi se napravio prostor za otopljene tvari. Ovo je termodinamički nepovoljno jer kada se interakcije između molekula rastvarača smanjuju, a entropija se smanjuje.
- Odvajanje čestice rastvorene supstance iz mase je takođe termodinamički nepovoljno. To je zato što su interakcije rastvorene supstance i rastvorene supstance smanjene.
- Interakcije rastvarač-otvorena supstanca se dešavaju kada otopljena supstanca uđe u šupljinu rastvarača je termodinamički povoljna.
Energija solvatacije je također poznata kao entalpija solvatacije. Korisno je objasniti otapanje nekih rešetki u rastvaračima dok neke ne. Promjena entalpije otopine je razlika između energija oslobađanja otopljene tvari iz mase i kombiniranja otopljene tvari s otapalom. Ako ion ima negativnu vrijednost za promjenu entalpije otopine, to ukazuje da je veća vjerovatnoća da će se ion otopiti u tom rastvaraču. Visoka pozitivna vrijednost ukazuje da je manja vjerovatnoća da će se ion otopiti.
Šta je energija rešetke?
Energija rešetke je mjera energije sadržane u kristalnoj rešetki jedinjenja, jednaka energiji koja bi se oslobodila kada bi se komponentni joni spojili iz beskonačnosti. Energija rešetke jedinjenja se takođe može definisati kao količina energije potrebna za razlaganje jonske čvrste supstance na njene atome u gasovitoj fazi.
Jonske čvrste tvari su vrlo stabilna jedinjenja zbog entalpije formiranja jonskih molekula zajedno sa stabilnošću zbog energije rešetke čvrste strukture. Ali energija rešetke se ne može eksperimentalno izmjeriti. Stoga se Born-Haberov ciklus koristi za određivanje energije rešetke jonskih čvrstih tijela. Postoji nekoliko pojmova koje treba razumjeti prije crtanja Born-Haberovog ciklusa.
- Energija ionizacije – Količina energije potrebna za uklanjanje elektrona iz neutralnog atoma u plinovitom stanju
- Elektronski afinitet – Količina energije koja se oslobađa kada se elektron doda neutralnom atomu u gasovitom stanju
- Energija disocijacije – Količina energije potrebna da se jedinjenje razbije na atome ili jone.
- Energija sublimacije – Količina energije potrebna za pretvaranje čvrste tvari u njenu paru
- Toplota formiranja – Promjena energije kada se jedinjenje formira iz njegovih elemenata.
- Hessov zakon – zakon koji kaže da se ukupna promjena energije određenog procesa može odrediti razbijanjem procesa na različite korake.
Slika 02: Born-Haberov ciklus za stvaranje litijum fluorida (LiF)
Born-Haberov ciklus može se dati sljedećom jednačinom.
Toplota formiranja=toplota atomizacije + energija disocijacije + zbir energija jonizacije + zbir afiniteta elektrona + energija rešetke
Tada se energija rešetke jedinjenja može dobiti preuređivanjem ove jednačine na sljedeći način.
Energija rešetke=toplota formiranja – {toplota atomizacije + energija disocijacije + zbir energija jonizacije + zbir afiniteta elektrona}
Koja je razlika između Solvacijske energije i energije rešetke?
Energija rješenja vs Energija rešetke |
|
| Energija solvacije je promjena Gibbsove energije kada se ion ili molekul prebace iz vakuuma (ili gasne faze) u rastvarač. | Energija rešetke je mjera energije sadržane u kristalnoj rešetki jedinjenja, jednaka energiji koja bi se oslobodila kada bi se komponentni joni spojili iz beskonačnosti. |
| Princip | |
| Energija rastvaranja daje promjenu entalpije pri rastvaranju otopljene tvari u rastvaraču. | Energija rešetke daje promjenu entalpije prilikom formiranja (ili raspada) rešetke. |
Sažetak – Energija rješenja protiv energije rešetke
Energija solvatacije je promjena entalpije sistema tokom rastvaranja otopljene tvari u rastvaraču. Energija rešetke je količina energije koja se oslobađa tokom formiranja rešetke ili količina energije potrebna za razbijanje rešetke. Razlika između energije solvatacije i energije rešetke je u tome što energija solvatacije daje promjenu entalpije pri rastvaranju otopljene tvari u otapalu, dok energija rešetke daje promjenu entalpije pri formiranju (ili raspadu) rešetke.
