Kluczowa różnica – energia solwatacji a energia sieci
Energia rozpuszczania to zmiana energii Gibbsa rozpuszczalnika, gdy substancja rozpuszczona jest rozpuszczona w tym rozpuszczalniku. Energia sieciowa to albo ilość energii uwalnianej podczas tworzenia sieci z jonów, albo ilość energii potrzebna do rozbicia sieci. Kluczowa różnica między energią solwatacji a energią sieci polega na tym, że energia solwatacji daje zmianę entalpii podczas rozpuszczania substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku, podczas gdy energia sieci daje zmianę entalpii podczas tworzenia (lub rozpadu) sieci.
Co to jest energia solwatacji?
Energia solwatacji to zmiana energii Gibbsa, gdy jon lub cząsteczka jest przenoszona z próżni (lub fazy gazowej) do rozpuszczalnika. Solwatacja to interakcja między rozpuszczalnikiem a cząsteczkami lub jonami substancji rozpuszczonej. Substancją rozpuszczoną jest związek, który zostanie rozpuszczony w rozpuszczalniku. Niektóre substancje rozpuszczone składają się z cząsteczek, podczas gdy inne zawierają jony.
Oddziaływanie między rozpuszczalnikiem a cząstkami substancji rozpuszczonej określa wiele właściwości substancji rozpuszczonej. Np.: rozpuszczalność, reaktywność, kolor itp. Podczas procesu solwatacji cząsteczki substancji rozpuszczonej są otoczone cząsteczkami rozpuszczalnika tworzącymi kompleksy solwatacyjne. Gdy rozpuszczalnikiem biorącym udział w tej solwatacji jest woda, proces ten nazywa się hydratacją.
Różne typy wiązań chemicznych i oddziaływań powstają podczas procesu solwatacji; wiązania wodorowe, oddziaływania jon-dipol i siły Van der Waala. Uzupełniające się właściwości rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej określają rozpuszczalność substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Na przykład polarność jest głównym czynnikiem determinującym rozpuszczalność substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Roztwory polarne dobrze rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych. Niepolarne substancje rozpuszczone dobrze rozpuszczają się w niepolarnych rozpuszczalnikach. Ale rozpuszczalność polarnych substancji rozpuszczonych w niepolarnych rozpuszczalnikach (i odwrotnie) jest słaba.
Rysunek 01: Solwatacja kationu sodu w wodzie
Jeśli chodzi o termodynamikę, solwatacja jest możliwa (spontaniczna) tylko wtedy, gdy energia Gibbsa końcowego roztworu jest niższa niż indywidualne energie Gibbsa rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Dlatego energia swobodna Gibbsa powinna być wartością ujemną (energia swobodna Gibbsa układu powinna zostać zmniejszona po utworzeniu roztworu). Solwatacja obejmuje różne etapy z różnymi energiami.
- Tworzenie wnęki rozpuszczalnika, aby zrobić miejsce na substancje rozpuszczone. Jest to niekorzystne termodynamicznie, ponieważ gdy interakcje między cząsteczkami rozpuszczalnika ulegają zmniejszeniu, a entropia jest zmniejszona.
- Oddzielenie cząstki substancji rozpuszczonej od masy jest również niekorzystne pod względem termodynamicznym. Dzieje się tak, ponieważ interakcje substancja rozpuszczona są zmniejszone.
- Oddziaływania rozpuszczalnik-substancja rozpuszczona mają miejsce, gdy substancja rozpuszczona wchodzi do wnęki rozpuszczalnika jest termodynamicznie korzystna.
Energia solwatacji jest również znana jako entalpia solwatacji. Przydatne jest wyjaśnienie rozpuszczania niektórych sieci w rozpuszczalnikach, podczas gdy niektóre sieci nie. Zmiana entalpii roztworu jest różnicą między energiami uwalniania substancji rozpuszczonej z masy i łączenia substancji rozpuszczonej z rozpuszczalnikiem. Jeśli jon ma ujemną wartość zmiany entalpii roztworu, oznacza to, że jest bardziej prawdopodobne, że jon rozpuści się w tym rozpuszczalniku. Wysoka wartość dodatnia wskazuje, że prawdopodobieństwo rozpuszczenia jonu jest mniejsze.
Co to jest energia sieciowa?
Energia sieci jest miarą energii zawartej w sieci krystalicznej związku, równą energii, która zostałaby uwolniona, gdyby jony składowe zostały zebrane w nieskończoność. Energia sieciowa związku może być również zdefiniowana jako ilość energii wymagana do rozbicia jonowego ciała stałego na jego atomy w fazie gazowej.
Jonowe ciała stałe są bardzo stabilnymi związkami ze względu na entalpie tworzenia cząsteczek jonowych oraz stabilność dzięki energii sieciowej struktury ciała stałego. Ale energii sieci nie można zmierzyć doświadczalnie. Dlatego do określenia energii sieciowej jonowych ciał stałych stosuje się cykl Borna-Habera. Istnieje kilka terminów, które należy zrozumieć przed narysowaniem cyklu Borna-Habera.
- Energia jonizacji – ilość energii potrzebna do usunięcia elektronu z neutralnego atomu gazu
- Powinowactwo elektronów – ilość energii, która jest uwalniana, gdy elektron jest dodawany do neutralnego atomu w gazie
- Energia dysocjacji - ilość energii potrzebna do rozbicia związku na atomy lub jony.
- Energia sublimacji – ilość energii potrzebna do przekształcenia ciała stałego w jego parę
- Ciepło tworzenia – Zmiana energii, gdy związek jest tworzony z jego elementów.
- Prawo Hessa – Prawo, które stanowi, że ogólną zmianę energii określonego procesu można określić, dzieląc ten proces na różne etapy.
Rysunek 02: Cykl Borna-Habera do tworzenia fluorku litu (LiF)
Cykl Borna-Habera można przedstawić za pomocą następującego równania.
Ciepło formowania=ciepło atomizacji + energia dysocjacji + suma energii jonizacji + suma powinowactwa elektronów + energia sieci
Wtedy energia sieciowa związku może być uzyskana poprzez przekształcenie tego równania w następujący sposób.
Energia sieci=ciepło tworzenia – {ciepło atomizacji + energia dysocjacji + suma energii jonizacji + suma powinowactwa elektronów}
Jaka jest różnica między energią solwatacji a energią sieci?
Energia solwatacji kontra energia sieci |
|
| Energia solwatacji to zmiana energii Gibbsa, gdy jon lub cząsteczka jest przenoszona z próżni (lub fazy gazowej) do rozpuszczalnika. | Energia sieci jest miarą energii zawartej w sieci krystalicznej związku, równą energii, która zostałaby uwolniona, gdyby jony składowe zostały zebrane w nieskończoność. |
| Zasada | |
| Energia rozpuszczania daje zmianę entalpii podczas rozpuszczania substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. | Energia sieci daje zmianę entalpii podczas tworzenia (lub rozpadu) sieci. |
Podsumowanie – Energia solwatacji vs Energia sieci
Energia solwatacji to zmiana entalpii układu podczas solwatacji substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Energia sieciowa to ilość energii uwalnianej podczas tworzenia sieci lub ilość energii potrzebna do rozbicia sieci. Różnica między energią solwatacji a energią sieci polega na tym, że energia solwatacji daje zmianę entalpii podczas rozpuszczania substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku, podczas gdy energia sieci daje zmianę entalpii podczas tworzenia (lub rozpadu) sieci.
