Nøgleforskel – Solvationsenergi vs Lattice Energy
Opløsningsenergi er ændringen i Gibbs-energien af et opløsningsmiddel, når et opløst stof er opløst i det opløsningsmiddel. Gitterenergi er enten mængden af energi, der frigives under dannelsen af et gitter fra ioner eller mængden af energi, der kræves for at nedbryde et gitter. Den vigtigste forskel mellem solvatiseringsenergi og gitterenergi er, at solvatiseringsenergi giver entalpiændringen, når et opløst stof opløses i et opløsningsmiddel, mens gitterenergi giver entalpiændringen ved dannelse (eller nedbrydning) af et gitter.
Hvad er solvationsenergi?
Opløsningsenergi er ændringen i Gibbs energi, når en ion eller et molekyle overføres fra et vakuum (eller gasfasen) til et opløsningsmiddel. Solvation er interaktionen mellem et opløsningsmiddel og molekyler eller ioner af et opløst stof. Det opløste stof er den forbindelse, der skal opløses i opløsningsmidlet. Nogle opløste stoffer er sammensat af molekyler, mens nogle indeholder ioner.
Samspillet mellem opløsningsmiddel og opløste partikler bestemmer mange af egenskaberne for et opløst stof. Eks.: opløselighed, reaktivitet, farve osv. Under solvatiseringsprocessen er opløste partikler omgivet af opløsningsmiddelmolekyler, der danner solvatiseringskomplekser. Når opløsningsmidlet involveret i denne solvatisering er vand, kaldes processen hydrering.
Forskellige typer af kemiske bindinger og interaktioner dannes under solvationsprocessen; hydrogenbindinger, ion-dipol-interaktioner og Van der Waal-kræfter. Komplementære egenskaber af opløsningsmiddel og opløst stof bestemmer opløseligheden af et opløst stof i et opløsningsmiddel. For eksempel er polariteten en vigtig faktor, der bestemmer opløseligheden af et opløst stof i et opløsningsmiddel. Polære opløste stoffer opløses godt i polære opløsningsmidler. Ikke-polære opløste stoffer opløses godt i upolære opløsningsmidler. Men opløseligheden af polære opløste stoffer i upolære opløsningsmidler (og omvendt) er dårlig.
Figur 01: Opløsning af en natriumkation i vand
Når det kommer til termodynamik, er solvatiseringen kun mulig (spontan), hvis Gibbs-energien i den endelige opløsning er lavere end de individuelle Gibbs-energier af opløsningsmiddel og opløst stof. Derfor bør Gibbs frie energi være en negativ værdi (Gibbs frie energi i systemet bør reduceres efter dannelsen af opløsningen). Løsningen omfatter forskellige trin med forskellige energier.
- Danning af et hulrum af opløsningsmiddel for at gøre plads til opløste stoffer. Dette er termodynamisk ugunstigt, fordi når interaktionerne mellem opløsningsmiddelmolekyler formindskes, og entropien formindskes.
- Separation af den opløste partikel fra bulken er også termodynamisk ugunstig. Det skyldes, at interaktionerne mellem opløst stof og opløst stof er reduceret.
- Opløsningsmiddel-opløst stof-interaktionerne finder sted, når opløst stof kommer ind i opløsningsmiddelhulrummet, er termodynamisk gunstig.
Løsningsenergi er også kendt som opløsningens entalpi. Det er nyttigt at forklare opløsningen af nogle gitter i opløsningsmidler, mens nogle gitter ikke gør det. Ændringen af opløsningens entalpi er forskellen mellem energier til at frigive et opløst stof fra bulk og kombinere opløst stof med opløsningsmiddel. Hvis en ion har en negativ værdi for entalpiændringen af opløsning, indikerer det, at ionen er mere tilbøjelig til at opløses i det opløsningsmiddel. En høj positiv værdi indikerer, at ionen er mindre tilbøjelig til at opløses.
Hvad er gitterenergi?
Gitterenergi er et mål for den energi, der er indeholdt i krystalgitteret af en forbindelse, svarende til den energi, der ville blive frigivet, hvis komponentionerne blev bragt sammen fra det uendelige. Gitterenergien af en forbindelse kan også defineres som den mængde energi, der kræves for at nedbryde et ionisk fast stof til dets atomer i den gasformige fase.
Ioniske faste stoffer er meget stabile forbindelser på grund af entalpierne for dannelse af ioniske molekyler sammen med stabiliteten på grund af gitterenergien af den faste struktur. Men gitterenergien kan ikke måles eksperimentelt. Derfor bruges en Born-Haber-cyklus til at bestemme gitterenergien af ioniske faste stoffer. Der er flere udtryk, der skal forstås, før man tegner en Born-Haber-cyklus.
- Ioniseringsenergi – Mængden af energi, der kræves for at fjerne en elektron fra et neutr alt atom i gasformen
- Elektronaffinitet – Mængden af energi, der frigives, når en elektron føjes til et neutr alt atom i gasformen
- Dissociationsenergi – Den mængde energi, der kræves for at opdele en forbindelse til atomer eller ioner.
- Sublimationsenergi – Den mængde energi, der kræves for at omdanne et fast stof til dets damp
- Danningsvarmen – Ændringen i energi, når en forbindelse dannes ud fra dens grundstoffer.
- Hess's lov – En lov, der siger, at den overordnede ændring i energien i en bestemt proces kan bestemmes ved at opdele processen i forskellige trin.
Figur 02: Born-Haber-cyklussen til dannelse af lithiumfluorid (LiF)
Born-Haber-cyklussen kan gives ved følgende ligning.
Formationsvarme=forstøvningsvarme + Dissociationsenergi + summen af ioniseringsenergier + summen af elektronaffiniteter + gitterenergi
Så kan gitterenergien af en forbindelse opnås ved at omarrangere denne ligning som følger.
Gitterenergi=dannelsesvarme – {forstøvningsvarme + Dissociationsenergi + summen af ioniseringsenergier + summen af elektronaffiniteter}
Hvad er forskellen mellem solvationsenergi og gitterenergi?
Solvation Energy vs Lattice Energy |
|
| Opløsningsenergi er ændringen i Gibbs energi, når en ion eller et molekyle overføres fra et vakuum (eller gasfasen) til et opløsningsmiddel. | Gitterenergi er et mål for den energi, der er indeholdt i krystalgitteret i en forbindelse, svarende til den energi, der ville blive frigivet, hvis komponentionerne blev bragt sammen fra det uendelige. |
| Princip | |
| Opløsningsenergi giver entalpiændringen ved opløsning af et opløst stof i et opløsningsmiddel. | Gitterenergi giver entalpiændringen ved dannelse (eller nedbrydning) af et gitter. |
Opsummering – Solvationsenergi vs gitterenergi
Opløsningsenergi er ændringen af entalpien i et system under solvatiseringen af et opløst stof i et opløsningsmiddel. Gitterenergi er mængden af energi, der frigives under dannelsen af et gitter eller mængden af energi, der kræves for at nedbryde et gitter. Forskellen mellem solvatiseringsenergi og gitterenergi er, at solvatiseringsenergi giver entalpiændringen, når et opløst stof opløses i et opløsningsmiddel, mens gitterenergi giver entalpiændringen ved dannelse (eller nedbrydning) af et gitter.
