Kľúčový rozdiel – Solvačná energia vs. Mriežková energia
Solučná energia je zmena Gibbsovej energie rozpúšťadla, keď sa rozpustená látka rozpustí v tomto rozpúšťadle. Energia mriežky je buď množstvo energie uvoľnenej počas tvorby mriežky z iónov, alebo množstvo energie potrebnej na rozbitie mriežky. Kľúčový rozdiel medzi energiou solvatácie a energiou mriežky je v tom, že energia solvatácie spôsobuje zmenu entalpie pri rozpúšťaní rozpustenej látky v rozpúšťadle, zatiaľ čo energia mriežky spôsobuje zmenu entalpie pri tvorbe (alebo rozpade) mriežky.
Čo je Solvation Energy?
Solučná energia je zmena Gibbsovej energie, keď sa ión alebo molekula prenesie z vákua (alebo plynnej fázy) do rozpúšťadla. Solvácia je interakcia medzi rozpúšťadlom a molekulami alebo iónmi rozpustenej látky. Rozpustená látka je zlúčenina, ktorá sa rozpustí v rozpúšťadle. Niektoré rozpustené látky sú zložené z molekúl, zatiaľ čo niektoré obsahujú ióny.
Vzájomné pôsobenie medzi časticami rozpúšťadla a rozpustenej látky určuje mnohé z vlastností rozpustenej látky. Príklad: rozpustnosť, reaktivita, farba atď. Počas procesu solvatácie sú častice rozpustenej látky obklopené molekulami rozpúšťadla tvoriacimi solvatačné komplexy. Keď je rozpúšťadlom v tejto solvatácii voda, proces sa nazýva hydratácia.
Počas procesu solvatácie vznikajú rôzne typy chemických väzieb a interakcií; vodíkové väzby, interakcie ión-dipól a Van der Waalove sily. Komplementárne vlastnosti rozpúšťadla a rozpustenej látky určujú rozpustnosť rozpustenej látky v rozpúšťadle. Napríklad polarita je hlavným faktorom, ktorý určuje rozpustnosť rozpustenej látky v rozpúšťadle. Polárne rozpustené látky sa dobre rozpúšťajú v polárnych rozpúšťadlách. Nepolárne rozpustené látky sa dobre rozpúšťajú v nepolárnych rozpúšťadlách. Ale rozpustnosť polárnych rozpustených látok v nepolárnych rozpúšťadlách (a naopak) je nízka.
Obrázok 01: Rozpustenie katiónu sodného vo vode
Pokiaľ ide o termodynamiku, solvatácia je možná (spontánna) iba vtedy, ak je Gibbsova energia konečného roztoku nižšia ako jednotlivé Gibbsove energie rozpúšťadla a rozpustenej látky. Preto by Gibbsova voľná energia mala byť záporná (Gibbsova voľná energia systému by sa mala po vytvorení roztoku znížiť). Riešenie zahŕňa rôzne kroky s rôznymi energiami.
- Vytvorenie dutiny rozpúšťadla na vytvorenie priestoru pre rozpustené látky. To je termodynamicky nepriaznivé, pretože keď sa znížia interakcie medzi molekulami rozpúšťadla, zníži sa aj entropia.
- Oddelenie častice rozpustenej látky od objemu je tiež termodynamicky nepriaznivé. Je to preto, že interakcie solut-solute sú znížené.
- Interakcie medzi rozpúšťadlom a rozpustenou látkou sú termodynamicky priaznivé, keď rozpustená látka vstúpi do dutiny rozpúšťadla.
Solučná energia je známa aj ako entalpia solvatácie. Je užitočné vysvetliť rozpúšťanie niektorých mriežok v rozpúšťadlách, zatiaľ čo niektoré mriežky nie. Zmena entalpie roztoku je rozdiel medzi energiami uvoľnenia rozpustenej látky z objemu a zlúčením rozpustenej látky s rozpúšťadlom. Ak má ión zápornú hodnotu zmeny entalpie roztoku, znamená to, že je pravdepodobnejšie, že sa ión rozpustí v tomto rozpúšťadle. Vysoká kladná hodnota znamená, že je menej pravdepodobné, že sa ión rozpustí.
Čo je mriežková energia?
Energia mriežky je mierou energie obsiahnutej v kryštálovej mriežke zlúčeniny, ktorá sa rovná energii, ktorá by sa uvoľnila, keby sa ióny zložiek spojili z nekonečna. Energiu mriežky zlúčeniny možno definovať aj ako množstvo energie potrebnej na rozloženie iónovej pevnej látky na jej atómy v plynnej fáze.
Iónové pevné látky sú veľmi stabilné zlúčeniny vďaka entalpiám tvorby iónových molekúl spolu so stabilitou vďaka energii mriežky pevnej štruktúry. Energiu mriežky však nemožno experimentálne merať. Preto sa na určenie energie mriežky iónových pevných látok používa Born-Haberov cyklus. Pred nakreslením Born-Haberovho cyklu je potrebné porozumieť niekoľkým pojmom.
- Ionizačná energia – množstvo energie potrebné na odstránenie elektrónu z neutrálneho atómu v plyne
- Elektrónová afinita – množstvo energie, ktoré sa uvoľní, keď sa elektrón pridá k neutrálnemu atómu v plyne
- Disociačná energia – množstvo energie potrebné na rozdelenie zlúčeniny na atómy alebo ióny.
- Sulimačná energia – množstvo energie potrebné na premenu tuhej látky na jej paru
- Tvorivé teplo – zmena energie, keď sa zlúčenina tvorí z prvkov.
- Hessov zákon – Zákon, ktorý hovorí, že celkovú zmenu energie určitého procesu možno určiť rozdelením procesu na rôzne kroky.
Obrázok 02: Born-Haberov cyklus na tvorbu fluoridu lítneho (LiF)
Bornov-Haberov cyklus môže byť daný nasledujúcou rovnicou.
Tvorivé teplo=teplo atomizácie + disociačná energia + súčet ionizačných energií + súčet elektrónových afinit + energia mriežky
Potom možno energiu mriežky zlúčeniny získať preusporiadaním tejto rovnice takto.
Energia mriežky=teplo tvorby – {teplo atomizácie + energia disociácie + súčet energií ionizácie + súčet elektrónových afinit
Aký je rozdiel medzi energiou rozpúšťadla a energiou mriežky?
Riešovacia energia vs mriežková energia |
|
| Solučná energia je zmena Gibbsovej energie, keď sa ión alebo molekula prenesie z vákua (alebo plynnej fázy) do rozpúšťadla. | Energia mriežky je mierou energie obsiahnutej v kryštálovej mriežke zlúčeniny, ktorá sa rovná energii, ktorá by sa uvoľnila, keby sa ióny zložiek spojili z nekonečna. |
| Princíp | |
| Rozpúšťacia energia udáva zmenu entalpie pri rozpustení rozpustenej látky v rozpúšťadle. | Energia mriežky udáva zmenu entalpie pri tvorbe (alebo rozpade) mriežky. |
Summary – Solvation Energy verzus Lattice Energy
Solučná energia je zmena entalpie systému počas solvatácie rozpustenej látky v rozpúšťadle. Energia mriežky je množstvo energie uvoľnenej počas tvorby mriežky alebo množstvo energie potrebnej na rozbitie mriežky. Rozdiel medzi energiou solvatácie a energiou mriežky je v tom, že energia solvatácie udáva zmenu entalpie pri rozpúšťaní rozpustenej látky v rozpúšťadle, zatiaľ čo energia mriežky udáva zmenu entalpie pri tvorbe (alebo rozpade) mriežky.
