Ključna razlika – Energija solvatacije naspram energije rešetke
Energija solvatacije je promjena Gibbsove energije otapala kada se otopljena tvar otopi u tom otapalu. Energija rešetke je ili količina energije koja se oslobađa tijekom formiranja rešetke od iona ili količina energije potrebna za razbijanje rešetke. Ključna razlika između energije solvatacije i energije rešetke je u tome što energija solvatacije daje promjenu entalpije pri otapanju otopljene tvari u otapalu, dok energija rešetke daje promjenu entalpije pri formiranju (ili razgradnji) rešetke.
Što je solvatacijska energija?
Energija solvatacije je promjena Gibbsove energije kada se ion ili molekula prenese iz vakuuma (ili plinovite faze) u otapalo. Solvatacija je interakcija između otapala i molekula ili iona otopljene tvari. Otopljena tvar je spoj koji će se otopiti u otapalu. Neke otopljene tvari sastoje se od molekula, dok neke sadrže ione.
Interakcija između čestica otapala i otopljene tvari određuje mnoga svojstva otopljene tvari. Primjer: topljivost, reaktivnost, boja, itd. Tijekom procesa solvatacije, čestice otopljene tvari okružene su molekulama otapala tvoreći solvatacijske komplekse. Kada je otapalo uključeno u ovo otapanje voda, proces se naziva hidratacija.
Tijekom procesa solvatacije stvaraju se različite vrste kemijskih veza i interakcija; vodikove 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 otapalu. Polarne otopljene tvari dobro se otapaju u polarnim otapalima. Nepolarne otopljene tvari dobro se otapaju u nepolarnim otapalima. Ali topljivost polarnih otopljenih tvari u nepolarnim otapalima (i obrnuto) je loša.
Slika 01: Solvatacija natrijeva kationa u vodi
Kada je riječ o termodinamici, solvatacija je moguća (spontana) samo ako je Gibbsova energija konačne otopine manja od pojedinačne Gibbsove energije otapala i otopljene tvari. Stoga bi Gibbsova slobodna energija trebala biti negativna vrijednost (Gibbsova slobodna energija sustava trebala bi se smanjiti nakon nastanka otopine). Rješenje uključuje različite korake s različitim energijama.
- Stvaranje šupljine otapala kako bi se napravio prostor za otopljene tvari. To je termodinamički nepovoljno jer kada se interakcije između molekula otapala smanjuju, smanjuje se i entropija.
- Odvajanje čestice otopljene tvari od mase također je termodinamički nepovoljno. To je zato što su interakcije otopljene tvari smanjene.
- Interakcije otapalo-otopljena tvar odvijaju se kada otopljena tvar uđe u šupljinu otapala termodinamički su povoljne.
Energija solvatacije također je poznata kao entalpija solvatacije. Korisno je objasniti otapanje nekih rešetki u otapalima, dok neke rešetke ne. Promjena entalpije otopine je razlika između energija otpuštanja otopljene tvari iz mase i spajanja otopljene tvari s otapalom. Ako ion ima negativnu vrijednost za promjenu entalpije otopine, to znači da je vjerojatnije da će se ion otopiti u tom otapalu. Visoka pozitivna vrijednost pokazuje da je manja vjerojatnost da će se ion otopiti.
Što je energija rešetke?
Energija rešetke je mjera energije sadržane u kristalnoj rešetki spoja, jednaka energiji koja bi se oslobodila kada bi se ioni komponente spojili iz beskonačnosti. Energija rešetke spoja također se može definirati kao količina energije potrebna za razgradnju ionske čvrste tvari na atome u plinovitoj fazi.
Ionske čvrste tvari su vrlo stabilni spojevi zbog entalpija formiranja ionskih molekula zajedno sa stabilnosti zbog energije rešetke čvrste strukture. Ali energija rešetke ne može se mjeriti eksperimentalno. Stoga se za određivanje energije rešetke ionskih krutina koristi Born-Haberov ciklus. Postoji nekoliko pojmova koje treba razumjeti prije crtanja Born-Haberovog ciklusa.
- Energija ionizacije – Količina energije potrebna za uklanjanje elektrona iz neutralnog atoma u plinovitom
- Afinitet prema elektronu – Količina energije koja se oslobađa kada se elektron doda neutralnom atomu u plinovitom
- Energija disocijacije – Količina energije potrebna za rastavljanje spoja na atome ili ione.
- Energija sublimacije – Količina energije potrebna za pretvaranje krute tvari u paru
- Toplina stvaranja – Promjena energije kada se spoj formira iz svojih elemenata.
- Hessov zakon – Zakon koji kaže da se ukupna promjena energije određenog procesa može odrediti rastavljanjem procesa na različite korake.
Slika 02: Born-Haberov ciklus za stvaranje litij fluorida (LiF)
Born-Haberov ciklus može se dati sljedećom jednadžbom.
Toplina stvaranja=toplina atomizacije + energija disocijacije + zbroj energija ionizacije + zbroj afiniteta elektrona + energija rešetke
Tada se energija rešetke spoja može dobiti preuređivanjem ove jednadžbe na sljedeći način.
Energija rešetke=toplina stvaranja – {toplina atomizacije + energija disocijacije + zbroj energija ionizacije + zbroj afiniteta elektrona}
Koja je razlika između energije solvatacije i energije rešetke?
Energija otapanja naspram energije rešetke |
|
| Energija solvatacije je promjena Gibbsove energije kada se ion ili molekula prenese iz vakuuma (ili plinovite faze) u otapalo. | Energija rešetke je mjera energije sadržane u kristalnoj rešetki spoja, jednaka energiji koja bi se oslobodila kada bi se ioni komponente spojili iz beskonačnosti. |
| Princip | |
| Energija solvatacije daje promjenu entalpije pri otapanju otopljene tvari u otapalu. | Energija rešetke daje promjenu entalpije pri formiranju (ili slomu) rešetke. |
Sažetak – Energija solvatacije u odnosu na energiju rešetke
Energija solvatacije je promjena entalpije sustava tijekom solvatacije otopljene tvari u otapalu. Energija rešetke je količina energije koja se oslobađa tijekom 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 otapanju otopljene tvari u otapalu, dok energija rešetke daje promjenu entalpije pri formiranju (ili razgradnji) rešetke.
