Βασική διαφορά – Ενέργεια Επίλυσης έναντι Ενέργειας Δικτύου
Ενέργεια διάλυσης είναι η μεταβολή της ενέργειας Gibbs ενός διαλύτη όταν μια διαλυμένη ουσία διαλύεται σε αυτόν τον διαλύτη. Η ενέργεια του πλέγματος είναι είτε η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται κατά τον σχηματισμό ενός πλέγματος από ιόντα είτε η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη διάσπαση ενός πλέγματος. Η βασική διαφορά μεταξύ της ενέργειας επιδιαλυτώματος και της ενέργειας του πλέγματος είναι ότι η ενέργεια διαλυτώματος δίνει την αλλαγή της ενθαλπίας όταν διαλύεται μια διαλυμένη ουσία σε έναν διαλύτη, ενώ η ενέργεια του πλέγματος δίνει την αλλαγή της ενθαλπίας κατά το σχηματισμό (ή τη διάσπαση) ενός πλέγματος.
Τι είναι η Ενέργεια Επίλυσης;
Ενέργεια διάλυσης είναι η αλλαγή στην ενέργεια Gibbs όταν ένα ιόν ή μόριο μεταφέρεται από το κενό (ή την αέρια φάση) σε έναν διαλύτη. Η διάλυση είναι η αλληλεπίδραση μεταξύ ενός διαλύτη και μορίων ή ιόντων μιας διαλυμένης ουσίας. Η διαλυμένη ουσία είναι η ένωση που πρόκειται να διαλυθεί στον διαλύτη. Ορισμένες διαλυμένες ουσίες αποτελούνται από μόρια, ενώ ορισμένες περιέχουν ιόντα.
Η αλληλεπίδραση μεταξύ σωματιδίων διαλύτη και διαλυμένης ουσίας καθορίζει πολλές από τις ιδιότητες μιας διαλυμένης ουσίας. Π.χ.: διαλυτότητα, αντιδραστικότητα, χρώμα, κ.λπ. Κατά τη διαδικασία της διαλυτοποίησης, τα σωματίδια διαλυμένης ουσίας περιβάλλονται από μόρια διαλύτη που σχηματίζουν σύμπλοκα διαλυτοποίησης. Όταν ο διαλύτης που εμπλέκεται σε αυτή τη διαλυτοποίηση είναι νερό, η διαδικασία ονομάζεται ενυδάτωση.
Διαφορετικοί τύποι χημικών δεσμών και αλληλεπιδράσεων σχηματίζονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διαλυτοποίησης. δεσμούς υδρογόνου, αλληλεπιδράσεις ιόντων-διπόλων και δυνάμεις Van der Waal. Οι συμπληρωματικές ιδιότητες του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας καθορίζουν τη διαλυτότητα μιας διαλυμένης ουσίας σε έναν διαλύτη. Για παράδειγμα, η πολικότητα είναι ένας σημαντικός παράγοντας που καθορίζει τη διαλυτότητα μιας διαλυμένης ουσίας σε έναν διαλύτη. Οι πολικές διαλυμένες ουσίες διαλύονται καλά σε πολικούς διαλύτες. Οι μη πολικές διαλυμένες ουσίες διαλύονται καλά σε μη πολικούς διαλύτες. Αλλά η διαλυτότητα των πολικών διαλυμένων ουσιών σε μη πολικούς διαλύτες (και αντίστροφα) είναι φτωχή.
Εικόνα 01: Διάλυση ενός κατιόντος νατρίου σε νερό
Όταν πρόκειται για τη θερμοδυναμική, η διαλυτοποίηση είναι δυνατή (αυθόρμητη) μόνο εάν η ενέργεια Gibbs του τελικού διαλύματος είναι χαμηλότερη από τις επιμέρους ενέργειες Gibbs του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας. Επομένως, η ελεύθερη ενέργεια Gibbs θα πρέπει να είναι αρνητική τιμή (η ελεύθερη ενέργεια Gibbs του συστήματος θα πρέπει να μειωθεί μετά το σχηματισμό του διαλύματος). Η επίλυση περιλαμβάνει διαφορετικά βήματα με διαφορετικές ενέργειες.
- Σχηματισμός κοιλότητας διαλύτη για δημιουργία χώρου για διαλυμένες ουσίες. Αυτό είναι θερμοδυναμικά δυσμενές επειδή όταν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ του μορίου του διαλύτη μειώνονται και η εντροπία μειώνεται.
- Ο διαχωρισμός του σωματιδίου της διαλυμένης ουσίας από τον όγκο είναι επίσης θερμοδυναμικά δυσμενής. Αυτό συμβαίνει επειδή οι αλληλεπιδράσεις διαλυμένης ουσίας μειώνονται.
- Οι αλληλεπιδράσεις διαλύτη-διαλυμένης ουσίας λαμβάνουν χώρα όταν η διαλυμένη ουσία εισέρχεται στην κοιλότητα του διαλύτη είναι θερμοδυναμικά ευνοϊκή.
Η ενέργεια επίλυσης είναι επίσης γνωστή ως ενθαλπία της διαλυτότητας. Είναι χρήσιμο να εξηγήσουμε τη διάλυση ορισμένων δικτυωμάτων σε διαλύτες ενώ ορισμένων πλεγμάτων όχι. Η αλλαγή της ενθαλπίας του διαλύματος είναι η διαφορά μεταξύ των ενεργειών της απελευθέρωσης μιας διαλυμένης ουσίας από τον όγκο και του συνδυασμού της διαλυμένης ουσίας με τον διαλύτη. Εάν ένα ιόν έχει αρνητική τιμή για την αλλαγή της ενθαλπίας του διαλύματος, σημαίνει ότι το ιόν είναι πιο πιθανό να διαλυθεί σε αυτόν τον διαλύτη. Μια υψηλή θετική τιμή υποδηλώνει ότι το ιόν είναι λιγότερο πιθανό να διαλυθεί.
Τι είναι η ενέργεια πλέγματος;
Η ενέργεια του πλέγματος είναι ένα μέτρο της ενέργειας που περιέχεται στο κρυσταλλικό πλέγμα μιας ένωσης, ίσο με την ενέργεια που θα απελευθερωνόταν εάν τα συστατικά ιόντα συγκεντρώνονταν από το άπειρο. Η ενέργεια του πλέγματος μιας ένωσης μπορεί επίσης να οριστεί ως η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη διάσπαση ενός ιοντικού στερεού στα άτομα του στην αέρια φάση.
Τα ιοντικά στερεά είναι πολύ σταθερές ενώσεις λόγω των ενθαλπιών σχηματισμού ιοντικών μορίων μαζί με τη σταθερότητα που οφείλεται στην ενέργεια του πλέγματος της στερεάς δομής. Αλλά η ενέργεια του πλέγματος δεν μπορεί να μετρηθεί πειραματικά. Επομένως, ένας κύκλος Born-Haber χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της ενέργειας πλέγματος των ιοντικών στερεών. Υπάρχουν αρκετοί όροι που πρέπει να γίνουν κατανοητοί πριν σχεδιάσεις έναν κύκλο Born-Haber.
- Ενέργεια ιονισμού – Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ένα ουδέτερο άτομο στο αέριο
- Συγγένεια ηλεκτρονίων – Η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται όταν προστίθεται ένα ηλεκτρόνιο σε ένα ουδέτερο άτομο στο αέριο
- Ενέργεια διάστασης – Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη διάσπαση μιας ένωσης σε άτομα ή ιόντα.
- Ενέργεια εξάχνωσης – Η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη μετατροπή ενός στερεού στον ατμό του
- Η θερμότητα του σχηματισμού – Η μεταβολή της ενέργειας όταν μια ένωση σχηματίζεται από τα στοιχεία της.
- Νόμος του Hess – Ένας νόμος που δηλώνει ότι η συνολική αλλαγή στην ενέργεια μιας συγκεκριμένης διαδικασίας μπορεί να προσδιοριστεί με το σπάσιμο της διαδικασίας σε διαφορετικά βήματα.
Εικόνα 02: Ο κύκλος Born-Haber για τον σχηματισμό φθοριούχου λιθίου (LiF)
Ο κύκλος Born-Haber μπορεί να δοθεί από την ακόλουθη εξίσωση.
Θερμότητα σχηματισμού=θερμότητα ψεκασμού + Ενέργεια διάστασης + άθροισμα ενεργειών ιονισμού + άθροισμα συγγενειών ηλεκτρονίων + ενέργεια πλέγματος
Τότε η ενέργεια του πλέγματος μιας ένωσης μπορεί να ληφθεί με αναδιάταξη αυτής της εξίσωσης ως εξής.
Ενέργεια πλέγματος=θερμότητα σχηματισμού – {θερμότητα ατομοποίησης + ενέργεια διάστασης + άθροισμα ενεργειών ιοντισμού + άθροισμα συγγενειών ηλεκτρονίων}
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της ενέργειας επίλυσης και της ενέργειας πλέγματος;
Ενέργεια επίλυσης έναντι ενέργειας πλέγματος |
|
| Ενέργεια διάλυσης είναι η αλλαγή στην ενέργεια Gibbs όταν ένα ιόν ή μόριο μεταφέρεται από το κενό (ή την αέρια φάση) σε έναν διαλύτη. | Η ενέργεια του πλέγματος είναι ένα μέτρο της ενέργειας που περιέχεται στο κρυσταλλικό πλέγμα μιας ένωσης, ίσο με την ενέργεια που θα απελευθερωνόταν εάν τα συστατικά ιόντα συγκεντρώνονταν από το άπειρο. |
| Αρχή | |
| Η ενέργεια διάλυσης δίνει την αλλαγή της ενθαλπίας κατά τη διάλυση μιας διαλυμένης ουσίας σε έναν διαλύτη. | Η ενέργεια του πλέγματος δίνει την αλλαγή της ενθαλπίας κατά το σχηματισμό (ή τη διάσπαση) ενός πλέγματος. |
Σύνοψη – Ενέργεια Επίλυσης έναντι Ενέργειας Δικτύου
Ενέργεια διάλυσης είναι η μεταβολή της ενθαλπίας ενός συστήματος κατά τη διάλυση μιας διαλυμένης ουσίας σε έναν διαλύτη. Η ενέργεια του πλέγματος είναι η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται κατά το σχηματισμό ενός πλέγματος ή η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για τη διάσπαση ενός πλέγματος. Η διαφορά μεταξύ της ενέργειας διαλυτοποίησης και της ενέργειας του πλέγματος είναι ότι η ενέργεια διαλυτώματος δίνει την αλλαγή της ενθαλπίας κατά τη διάλυση μιας διαλυμένης ουσίας σε έναν διαλύτη, ενώ η ενέργεια του πλέγματος δίνει την αλλαγή της ενθαλπίας κατά το σχηματισμό (ή τη διάσπαση) ενός πλέγματος.
