Klíčový rozdíl – Solvační energie vs. Mřížková energie
Solvační energie je změna Gibbsovy energie rozpouštědla, když je rozpuštěná látka rozpuštěna v tomto rozpouštědle. Energie mřížky je buď množství energie uvolněné během tvorby mřížky z iontů, nebo množství energie potřebné k rozbití mřížky. Klíčový rozdíl mezi solvatační energií a energií mřížky je ten, že solvatační energie udává změnu entalpie při rozpouštění rozpuštěné látky v rozpouštědle, zatímco energie mřížky udává změnu entalpie při tvorbě (nebo rozpadu) mřížky.
Co je Solvation Energy?
Solvační energie je změna Gibbsovy energie, když je iont nebo molekula přenesena z vakua (nebo plynné fáze) do rozpouštědla. Solvace je interakce mezi rozpouštědlem a molekulami nebo ionty rozpuštěné látky. Rozpuštěná látka je sloučenina, která se rozpustí v rozpouštědle. Některé rozpuštěné látky se skládají z molekul, zatímco některé obsahují ionty.
Vzájemné působení mezi rozpouštědlem a částicemi rozpuštěné látky určuje mnoho vlastností rozpuštěné látky. Př.: rozpustnost, reaktivita, barva atd. Během procesu solvatace jsou částice rozpuštěné látky obklopeny molekulami rozpouštědla tvořícími solvatační komplexy. Když je rozpouštědlem zapojeným do této solvatace voda, proces se nazývá hydratace.
Během solvatačního procesu vznikají různé typy chemických vazeb a interakcí; vodíkové vazby, interakce ion-dipól a Van der Waalovy síly. Komplementární vlastnosti rozpouštědla a rozpuštěné látky určují rozpustnost rozpuštěné látky v rozpouštědle. Například polarita je hlavním faktorem, který určuje rozpustnost rozpuštěné látky v rozpouštědle. Polární soluty se dobře rozpouštějí v polárních rozpouštědlech. Nepolární rozpuštěné látky se dobře rozpouštějí v nepolárních rozpouštědlech. Ale rozpustnost polárních rozpuštěných látek v nepolárních rozpouštědlech (a naopak) je špatná.
Obrázek 01: Solvace kationtu sodného ve vodě
Pokud jde o termodynamiku, solvatace je možná (spontánní) pouze tehdy, je-li Gibbsova energie konečného roztoku nižší než jednotlivé Gibbsovy energie rozpouštědla a solutu. Gibbsova volná energie by tedy měla být záporná (Gibbsova volná energie systému by se měla po vytvoření roztoku snížit). Solvatace zahrnuje různé kroky s různými energiemi.
- Vytvoření dutiny rozpouštědla, aby se vytvořil prostor pro rozpuštěné látky. To je termodynamicky nepříznivé, protože když se interakce mezi molekulami rozpouštědla sníží, a entropie se sníží.
- Oddělení částice rozpuštěné látky od objemu je také termodynamicky nepříznivé. Je to proto, že interakce solut-solute jsou sníženy.
- K interakcím rozpouštědlo-rozpuštěná látka dochází, když rozpuštěná látka vstoupí do dutiny rozpouštědla, je termodynamicky příznivé.
Solvační energie je také známá jako entalpie solvatace. Je užitečné vysvětlit rozpouštění některých mřížek v rozpouštědlech, zatímco některé mřížky nikoli. Změna entalpie roztoku je rozdíl mezi energiemi uvolňování rozpuštěné látky z objemu a slučováním rozpuštěné látky s rozpouštědlem. Pokud má iont zápornou hodnotu pro změnu entalpie roztoku, znamená to, že se iont v tomto rozpouštědle s větší pravděpodobností rozpustí. Vysoká kladná hodnota znamená, že je méně pravděpodobné, že se ion rozpustí.
Co je energie mřížky?
Mřížková energie je mírou energie obsažené v krystalové mřížce sloučeniny, která se rovná energii, která by se uvolnila, kdyby byly jednotlivé ionty přivedeny k sobě z nekonečna. Mřížkovou energii sloučeniny lze také definovat jako množství energie potřebné k rozložení iontové pevné látky na její atomy v plynné fázi.
Iontové pevné látky jsou velmi stabilní sloučeniny díky entalpiím tvorby iontových molekul spolu se stabilitou díky energii mřížky pevné struktury. Ale energii mřížky nelze experimentálně měřit. K určení mřížkové energie iontových pevných látek se proto používá Born-Haberův cyklus. Před kreslením Born-Haberova cyklu je třeba porozumět několika pojmům.
- Ionizační energie – množství energie potřebné k odstranění elektronu z neutrálního atomu v plynném skupenství
- Elektronová afinita – množství energie, které se uvolní, když se elektron přidá k neutrálnímu atomu v plynném skupenství
- Disociační energie – množství energie potřebné k rozdělení sloučeniny na atomy nebo ionty.
- Sulimační energie – množství energie potřebné k přeměně pevné látky na její páru
- Tvořivé teplo – Změna energie, když se sloučenina tvoří z jejích prvků.
- Hessův zákon – Zákon, který říká, že celkovou změnu energie určitého procesu lze určit rozdělením procesu do různých kroků.
Obrázek 02: Born-Haberův cyklus pro tvorbu fluoridu lithného (LiF)
Born-Haberův cyklus může být dán následující rovnicí.
Tvořivé teplo=teplo atomizace + Disociační energie + součet ionizačních energií + součet elektronových afinit + energie mřížky
Potom lze energii mřížky sloučeniny získat přeskupením této rovnice následovně.
Mřížková energie=skupenské teplo – {atomizační teplo + disociační energie + součet ionizačních energií + součet elektronových afinit
Jaký je rozdíl mezi Solvační energií a Mřížkovou energií?
Energie řešení vs energie mřížky |
|
| Solvační energie je změna Gibbsovy energie, když je iont nebo molekula přenesena z vakua (nebo plynné fáze) do rozpouštědla. | Mřížková energie je mírou energie obsažené v krystalové mřížce sloučeniny, která se rovná energii, která by se uvolnila, kdyby byly jednotlivé ionty přivedeny k sobě z nekonečna. |
| Princip | |
| Rozpouštěcí energie udává změnu entalpie při rozpouštění rozpuštěné látky v rozpouštědle. | Mřížková energie udává změnu entalpie při tvorbě (nebo rozpadu) mřížky. |
Shrnutí – Solvation Energy versus Lattice Energy
Solvační energie je změna entalpie systému během solvatace rozpuštěné látky v rozpouštědle. Energie mřížky je množství energie uvolněné během tvorby mřížky nebo množství energie potřebné k rozbití mřížky. Rozdíl mezi solvatační energií a energií mřížky je ten, že solvatační energie udává změnu entalpie při rozpouštění rozpuštěné látky v rozpouštědle, zatímco energie mřížky udává změnu entalpie při tvorbě (nebo rozpadu) mřížky.
