Tärkein ero - ratkaisuenergia vs ristikkoenergia
Solvaatioenergia on muutos liuottimen Gibbs-energiassa, kun liuoteaine liuotetaan kyseiseen liuottimeen. Hilaenergia on joko energian määrä, joka vapautuu hilan muodostuessa ioneista, tai energian määrä, joka tarvitaan hilan hajoamiseen. Keskeinen ero solvaatioenergian ja verkkoenergian välillä on se, että solvaatioenergia antaa entalpian muutoksen liuottamalla liuotin liuottimeen, kun taas ristikkoenergia antaa entalpian muutoksen hilan muodostuessa (tai hajoamalla).
SISÄLLYS
1. Yleiskatsaus ja keskeinen ero
2. Mikä on ratkaisuenergia
3. Mikä on ristikkoenergia
4. Vertailu vierekkäin - Solvation Energy vs Hilaenergia taulukkomuodossa
5. Yhteenveto
Mikä on Solvation Energy?
Ratkaisuenergia on Gibbs-energian muutos, kun ioni tai molekyyli siirretään tyhjiöstä (tai kaasufaasista) liuottimeen. Solvaatio on vuorovaikutus liuottimen ja liuenneen aineen molekyylien tai ionien välillä. Liukeneva aine on yhdiste, joka liuotetaan liuottimeen. Jotkut liuenneet aineet koostuvat molekyyleistä, kun taas jotkut sisältävät ioneja.
Liuottimen ja liuenneen aineen välinen vuorovaikutus määrää monet liuenneen aineen ominaisuuksista. Esimerkki: liukoisuus, reaktiivisuus, väri jne. Solvaatioprosessin aikana liuenneita hiukkasia ympäröivät liuotinmolekyylit, jotka muodostavat solvaatiokomplekseja. Kun tähän liuottimeen osallistuva liuotin on vesi, prosessia kutsutaan hydraatioksi.
Solvaatioprosessin aikana muodostuu erityyppisiä kemiallisia sidoksia ja vuorovaikutuksia; vetysidokset, ioni-dipoli-vuorovaikutukset ja Van der Waalin voimat. Liuottimen ja liuenneen aineen täydentävät ominaisuudet määrittävät liuenneen aineen liukoisuuden liuottimeen. Esimerkiksi napaisuus on tärkeä tekijä, joka määrittää liuenneen aineen liukoisuuden liuottimeen. Polaariset liuenneet aineet liukenevat hyvin polaarisiin liuottimiin. Ei-polaariset liuenneet aineet liukenevat hyvin ei-polaarisiin liuottimiin. Mutta polaaristen liuenneiden aineiden liukoisuus ei-polaarisiin liuottimiin (ja päinvastoin) on heikko.
Kuva 01: Natriumkationin liuottaminen veteen
Termodynamiikan suhteen solvaatio on mahdollista (spontaani) vain, jos lopullisen liuoksen Gibbs-energia on pienempi kuin liuottimen ja liuenneen aineen yksittäiset Gibbs-energiat. Siksi Gibbsin vapaan energian pitäisi olla negatiivinen arvo (järjestelmän Gibbsin vapaan energian pitäisi laskea liuoksen muodostumisen jälkeen). Solvaatio sisältää eri vaiheet eri energioilla.
- Liuottimen ontelon muodostuminen liuenneiden aineiden vapauttamiseksi. Tämä on termodynaamisesti epäedullista, koska kun liuotinmolekyylin väliset vuorovaikutukset vähenevät ja entropia vähenee.
- Liuenneen hiukkasen erottaminen irtotavarasta on myös termodynaamisesti epäedullista. Tämä johtuu siitä, että liuenneen aineen ja liuenneen aineen vuorovaikutus vähenee.
- Liuottimen ja liuenneen aineen väliset vuorovaikutukset tapahtuvat, kun liuotettu aine tulee liuotinonteloon on termodynaamisesti suotuisa.
Solvaatioenergia tunnetaan myös solvaation entalpiana. On hyödyllistä selittää joidenkin ristikkojen liukeneminen liuottimiin, kun taas jotkut ristikot eivät. Liuoksen entalpian muutos on ero energioiden välillä, jotka johtavat liuenneen aineen vapauttamisesta irtotavarasta ja liuenneen aineen yhdistämisestä liuottimeen. Jos ionilla on negatiivinen arvo liuoksen entalpian muutokselle, se osoittaa, että ioni todennäköisesti liukenee kyseiseen liuottimeen. Korkea positiivinen arvo osoittaa, että ioni ei todennäköisesti liukene.
Mikä on ristikkoenergia?
Hilaenergia on yhdisteen kidehilan sisältämän energian mitta, yhtä suuri kuin energia, joka vapautuisi, jos komponentti-ionit tuotaisiin yhteen äärettömyydestä. Yhdisteen ristikkoenergia voidaan määritellä myös energiamääränä, joka tarvitaan ionisen kiinteän aineen hajottamiseksi atomiksi kaasumaisessa faasissa.
Ioniset kiinteät aineet ovat erittäin stabiileja yhdisteitä johtuen ionimolekyylien muodostumisen entalpioista sekä kiinteän rakenteen hilanergiasta johtuvasta stabiilisuudesta. Mutta hilan energiaa ei voida mitata kokeellisesti. Siksi Born-Haber-sykliä käytetään määrittämään ionisten kiintoaineiden hilaenergia. Ennen Born-Haber-syklin piirtämistä on ymmärrettävä useita termejä.
- Ionisointienergia - Energiamäärä, joka tarvitaan elektronin poistamiseksi kaasumaisessa neutraalista atomista
- Elektroni-affiniteetti - Energian määrä, joka vapautuu, kun elektroni lisätään kaasumaisen neutraaliin atomiin
- Dissosiaatioenergia - Energian määrä, joka tarvitaan yhdisteen hajottamiseksi atomeiksi tai ioneiksi.
- Sublimaatioenergia - Energian määrä, joka tarvitaan kiinteän aineen muuttamiseksi höyryksi
- Muodostumislämpö - energian muutos, kun yhdiste muodostuu sen alkuaineista.
- Hessin laki - Laki, jonka mukaan tietyn prosessin energian kokonaismuutos voidaan määrittää jakamalla prosessi eri vaiheisiin.
Kuva 02: Born-Haber-sykli litiumfluoridin (LiF) muodostumiselle
Born-Haber-sykli voidaan antaa seuraavalla yhtälöllä.
Muodostumislämpö = sumutuslämpö + dissosiaatioenergia + ionisointienergioiden summa + elektronien affiniteettien summa + ristikkoenergia
Sitten yhdisteen hilaenergia voidaan saada järjestämällä tämä yhtälö uudelleen seuraavasti.
Hilaenergia = muodostumislämpö - {sumutuslämpö + dissosiaatioenergia + ionisointienergioiden summa + elektronien affiniteettien summa}
Mikä on ero ratkaisuenergian ja ristikkoenergian välillä?
Erilainen artikkeli keskellä taulukkoa
Ratkaisuenergia vs. ristikkoenergia |
|
| Ratkaisuenergia on Gibbs-energian muutos, kun ioni tai molekyyli siirretään tyhjiöstä (tai kaasufaasista) liuottimeen. | Hilaenergia on yhdisteen kidehilan sisältämän energian mitta, yhtä suuri kuin energia, joka vapautuisi, jos komponentti-ionit tuotaisiin yhteen äärettömyydestä. |
| Periaate | |
| Solvaatioenergia antaa entalpian muutoksen, kun liuotetaan liuotettu aine liuottimeen. | Hilaenergia antaa entalpian muutoksen, kun hila muodostuu (tai hajoaa). |
Yhteenveto - Solvation Energy vs ristikkoenergia
Solvaatioenergia on järjestelmän entalpian muutos liuenneen aineen liuottamisen aikana. Hilaenergia on hilan muodostumisen aikana vapautunut energiamäärä tai hilan hajoamiseen tarvittava energiamäärä. Solvaatioenergian ja ristikkoenergian välinen ero on se, että solvaatioenergia antaa entalpian muutoksen liuottamalla liuenneen aine liuottimeen, kun taas verkkoenergia antaa entalpian muutoksen hilan muodostuessa (tai hajoamalla).
