Key Difference – Solvation Energy vs Lattice Energy
Løsningsenergi er endringen i Gibbs-energien til et løsningsmiddel når et løst stoff er oppløst i det løsningsmidlet. Gitterenergi er enten mengden energi som frigjøres under dannelsen av et gitter fra ioner eller mengden energi som kreves for å bryte ned et gitter. Den viktigste forskjellen mellom solvatiseringsenergi og gitterenergi er at solvatiseringsenergi gir entalpiendringen ved oppløsning av et løst stoff i et løsningsmiddel, mens gitterenergi gir entalpiendringen ved dannelse (eller nedbrytning) av et gitter.
Hva er Solvation Energy?
Løsningsenergi er endringen i Gibbs energi når et ion eller molekyl overføres fra et vakuum (eller gassfasen) til et løsningsmiddel. Solvasjon er samspillet mellom et løsemiddel og molekyler eller ioner av et oppløst stoff. Det oppløste stoffet er forbindelsen som skal oppløses i løsningsmidlet. Noen oppløste stoffer er sammensatt av molekyler, mens noen inneholder ioner.
Samspillet mellom løsemiddel og løste partikler bestemmer mange av egenskapene til et løst stoff. Eks: løselighet, reaktivitet, farge osv. Under solvatiseringsprosessen er oppløste partikler omgitt av løsemiddelmolekyler som danner solvatiseringskomplekser. Når løsningsmidlet som er involvert i denne solvatiseringen er vann, kalles prosessen hydrering.
Ulike typer kjemiske bindinger og interaksjoner dannes under solvasjonsprosessen; hydrogenbindinger, ione-dipol-interaksjoner og Van der Waal-krefter. Komplementære egenskaper til løsemiddel og løst stoff bestemmer løseligheten til et løst stoff i et løsningsmiddel. For eksempel er polariteten en viktig faktor som bestemmer løseligheten til et oppløst stoff i et løsemiddel. Polare oppløste stoffer løses godt opp i polare løsemidler. Upolare oppløste stoffer løses godt opp i upolare løsemidler. Men løseligheten til polare oppløste stoffer i upolare løsemidler (og omvendt) er dårlig.
Figur 01: Løsning av en natriumkation i vann
Når det gjelder termodynamikk, er solvasjonen mulig (spontan) bare hvis Gibbs-energien til den endelige løsningen er lavere enn de individuelle Gibbs-energiene til løsemiddel og løst stoff. Derfor bør Gibbs frie energi være en negativ verdi (Gibbs frie energi i systemet bør reduseres etter dannelsen av løsningen). Løsningen inkluderer forskjellige trinn med forskjellige energier.
- Dannelse av et hulrom med løsemiddel for å gi plass til oppløste stoffer. Dette er termodynamisk ugunstig fordi når interaksjonene mellom løsemiddelmolekylene reduseres, og entropien reduseres.
- Separasjon av oppløst partikkel fra bulken er også termodynamisk ugunstig. Det er fordi interaksjonene mellom løst stoff og løst stoff er redusert.
- Interaksjonene mellom løsemiddel og løst stoff finner sted når løst stoff kommer inn i løsningsmiddelhulrommet er termodynamisk gunstig.
Løsningsenergi er også kjent som løsningens entalpi. Det er nyttig å forklare oppløsningen av noen gitter i løsemidler mens noen gitter ikke gjør det. Endringen av løsningens entalpi er forskjellen mellom energier for å frigjøre et løst stoff fra bulk og å kombinere løst stoff med løsningsmiddel. Hvis et ion har en negativ verdi for entalpiendringen av løsningen, indikerer det at ionet er mer sannsynlig å oppløses i det løsningsmidlet. En høy positiv verdi indikerer at ionet er mindre sannsynlig å løse seg opp.
Hva er gitterenergi?
Gitterenergi er et mål på energien som finnes i krystallgitteret til en forbindelse, lik energien som ville blitt frigjort hvis komponentionene ble brakt sammen fra det uendelige. Gitterenergien til en forbindelse kan også defineres som mengden energi som kreves for å bryte ned et ionisk fast stoff til dets atomer i gassfasen.
Ioniske faste stoffer er svært stabile forbindelser på grunn av entalpiene for dannelse av ioniske molekyler sammen med stabiliteten på grunn av gitterenergien til den faste strukturen. Men gitterenergien kan ikke måles eksperimentelt. Derfor brukes en Born-Haber-syklus for å bestemme gitterenergien til ioniske faste stoffer. Det er flere begreper som må forstås før du tegner en Born-Haber-syklus.
- Ioniseringsenergi – Mengden energi som kreves for å fjerne et elektron fra et nøytr alt atom i gassen
- Elektronaffinitet – Mengden energi som frigjøres når et elektron legges til et nøytr alt atom i gassen
- Dissosiasjonsenergi – Mengden energi som kreves for å bryte opp en forbindelse til atomer eller ioner.
- Sublimasjonsenergi – Mengden energi som kreves for å omdanne et fast stoff til dets damp
- Danningsvarmen – Endringen i energi når en forbindelse dannes fra grunnstoffene.
- Hess’ lov – En lov som sier at den generelle endringen i energien til en bestemt prosess kan bestemmes ved å dele prosessen inn i forskjellige trinn.
Figur 02: Born-Haber-syklusen for dannelse av litiumfluorid (LiF)
Born-Haber-syklusen kan gis ved følgende ligning.
Formasjonsvarme=atomiseringsvarme + Dissosiasjonsenergi + summen av ioniseringsenergier + summen av elektronaffiniteter + gitterenergi
Da kan gitterenergien til en forbindelse oppnås ved å omorganisere denne ligningen som følger.
Gitterenergi=formasjonsvarme – {forstøvningsvarme + Dissosiasjonsenergi + summen av ioniseringsenergier + summen av elektronaffiniteter}
Hva er forskjellen mellom solvasjonsenergi og gitterenergi?
Solvation Energy vs Lattice Energy |
|
| Løsningsenergi er endringen i Gibbs energi når et ion eller molekyl overføres fra et vakuum (eller gassfasen) til et løsningsmiddel. | Gitterenergi er et mål på energien som finnes i krystallgitteret til en forbindelse, lik energien som ville blitt frigjort hvis komponentionene ble brakt sammen fra det uendelige. |
| Prinsipp | |
| Løsningsenergi gir endringen av entalpien ved oppløsning av et oppløst stoff i et løsemiddel. | Gitterenergi gir endring av entalpi når dannelse (eller sammenbrudd) av et gitter. |
Summary – Solvation Energy vs Lattice Energy
Løsningsenergi er endringen av entalpien til et system under løsningen av et løst stoff i et løsningsmiddel. Gitterenergi er mengden energi som frigjøres under dannelsen av et gitter eller mengden energi som kreves for å bryte ned et gitter. Forskjellen mellom solvatiseringsenergi og gitterenergi er at solvatiseringsenergi gir entalpiendringen ved oppløsning av et løst stoff i et løsningsmiddel, mens gitterenergi gir endringen av entalpien ved dannelse (eller nedbrytning) av et gitter.
