Forskellen mellem Solvation Energy og Gitter Energy

Nøgleforskel - Solvationsenergi vs Gitter energi

Opløsningsenergi er ændringen i Gibbs-energi fra et opløsningsmiddel, når et opløst stof opløses i det opløsningsmiddel. Gitterenergi er enten den mængde energi, der frigøres under dannelsen af et gitter fra ioner, eller den mængde energi, der kræves for at nedbryde et gitter. Det vigtigste forskel mellem solvationsenergi og gitterenergi er det solvationsenergi giver ændringen af enthalpi, når der opløses et opløst stof i et opløsningsmiddel, mens gitterenergien giver ændringen af enthalpi, når dannelse (eller nedbrydning) af et gitter.

INDHOLD

1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er Solvation Energy
3. Hvad er gitterenergi
4. Sammenligning side ved side - Solvationsenergi vs gitterenergi i tabelform
5. Opsummering

Hvad er Solvation Energy?

Solvationsenergi er ændringen i Gibbs-energi, når en ion eller molekyle overføres fra et vakuum (eller gasfasen) til et opløsningsmiddel. Opløsning er samspillet mellem et opløsningsmiddel og molekyler eller ioner af et opløst stof. Opløsningen er den forbindelse, der vil blive opløst i opløsningsmidlet. Nogle opløste stoffer er sammensat af molekyler, mens nogle indeholder ioner.

Interaktionen mellem opløsningsmiddel og opløste partikler bestemmer mange af egenskaberne ved et opløst stof. Eks: opløselighed, reaktivitet, farve osv. Under solvatiseringsprocessen omgives opløste partikler af opløsningsmiddelmolekyler, der danner solvationskomplekser. Når det opløsningsmiddel, der er involveret i denne opløsning, er vand, kaldes processen hydrering.

Forskellige typer kemiske bindinger og interaktioner dannes under solvationsprocessen; brintbindinger, ion-dipol interaktioner og Van der Waal kræfter. Komplementære egenskaber ved 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 opløsninger opløses godt i polære opløsningsmidler. Ikke-polære opløsningsmidler opløses godt i ikke-polære opløsningsmidler. Men opløseligheden af polære opløsningsmidler i ikke-polære opløsningsmidler (og omvendt) er dårlig.

Figur 01: Opløsning af en natriumkation i vand

Når det kommer til termodynamik, er opløsningen kun mulig (spontan), hvis Gibbs-energien i den endelige opløsning er lavere end de individuelle Gibbs-energier af opløsningsmiddel og opløst stof. Derfor bør den frie energi fra Gibbs være en negativ værdi (Gibbs 'frie energi i systemet skal reduceres efter dannelsen af opløsningen). Opløsningen inkluderer forskellige trin med forskellige energier.

Dannelse af et hulrum af opløsningsmiddel for at skabe plads til opløst stoffer. Dette er termodynamisk ugunstigt, fordi når interaktionerne mellem opløsningsmiddelmolekyl mindskes, og entropien mindskes.
Adskillelse af den opløste partikel fra bulk er også termodynamisk ugunstig. Dette skyldes, at interaktioner med opløst stof er reduceret.
Opløsningsmiddel-opløste interaktioner finder sted, når opløst stof ind i opløsningsmiddelhulen er termodynamisk gunstig.

Solvationsenergi er også kendt som solvensens entalpi. Det er nyttigt at forklare opløsningen af nogle gitter i opløsningsmidler, mens nogle gitter ikke gør det. Ændringen af entalpi af opløsning er forskellen mellem energier til frigivelse af et opløst stof fra bulk og kombination af opløst stof med opløsningsmiddel. Hvis en ion har en negativ værdi for entalpiændringen af opløsningen, indikerer det, at ion er mere tilbøjelig til at opløses i det opløsningsmiddel. En høj positiv værdi indikerer, at det er mindre sandsynligt, at ion opløses.

Hvad er gitterenergi?

Gitterenergi er et mål på energien indeholdt i krystalgitteret i en forbindelse, lig med den energi, der ville blive frigivet, hvis komponentionerne blev samlet fra uendelig. Gitterenergien i en forbindelse kan også defineres som den mængde energi, der kræves for at nedbryde et ionisk fast stof i dets atomer i gasfasen.

Ioniske faste stoffer er meget stabile forbindelser på grund af enthalpierne til dannelse af ioniske molekyler sammen med stabiliteten på grund af gitterenergien i den faste struktur. Men gitterenergien kan ikke måles eksperimentelt. Derfor a Born-Haber cyklus bruges til at bestemme gitterenergien for ioniske faste stoffer. Der er flere udtryk, der skal forstås, før man tegner en Born-Haber-cyklus.

Ioniseringsenergi - Den mængde energi, der kræves for at fjerne et elektron fra et neutralt atom i det gasformige
Elektronaffinitet - Den mængde energi, der frigives, når et elektron tilføjes til et neutralt atom i gasformen
Dissocieringsenergi - Den mængde energi, der kræves for at nedbryde en forbindelse i atomer eller ioner.
Sublimeringsenergi - Den mængde energi, der kræves for at omdanne et fast stof til dets damp
Formationsvarmen - Energiforandringen, når en forbindelse dannes fra dens elementer.
Hess's lov - En lov, der siger, at den samlede ændring i energien i en bestemt proces kan bestemmes ved at bryde processen i forskellige trin.

Figur 02: Born-Haber-cyklus til dannelse af lithiumfluorid (LiF)

Born-Haber-cyklussen kan gives ved følgende ligning.

Dannelsesvarme = forstøvningsvarme + Dissocieringsenergi + summen af ioniseringsenergier + summen af elektronaffiniteter + gitterenergi

Derefter kan gitterenergien af en forbindelse opnås ved at omorganisere denne ligning som følger.

Gitterenergi = dannelsesvarme - forstøvningsvarme + Dissocieringsenergi + summen af ioniseringsenergier + summen af elektronaffiniteter

Hvad er forskellen mellem Solvation Energy og Gitter Energy?

Solvationsenergi vs gitterenergi
Solvationsenergi er ændringen i Gibbs-energi, når en ion eller molekyle overføres fra et vakuum (eller gasfasen) til et opløsningsmiddel.	Gitterenergi er et mål for energien indeholdt i krystalgitteret i en forbindelse, lig med den energi, der ville blive frigivet, hvis komponentionerne blev bragt sammen fra uendelig.
Princip
Opløsningsenergi giver ændringen af entalpi, når der opløses et opløst stof i et opløsningsmiddel.	Gitterenergi giver ændringen af entalpi, når dannelse (eller nedbrydning) af et gitter.

Resumé - Solvationsenergi vs Gitter energi

Opløsningsenergi er ændringen af enthalpi af et system under solvatisering af et opløst stof i et opløsningsmiddel. Gitterenergi er den mængde energi, der frigøres under dannelsen af et gitter, eller den mængde energi, der kræves for at nedbryde et gitter. Forskellen mellem solvationsenergi og gitterenergi er, at solvationsenergien giver ændringen i entalpi, når der opløses et opløst stof i et opløsningsmiddel, mens gitterenergien giver ændringen i entalpien, når dannelse (eller nedbrydning) af et gitter.

Reference:

1. "Gitterenergi." chem.purdue.edu. Tilgængelig her
2. Internationalt forbund af ren og anvendt kemi. "Solvationsenergi." IUPAC Guldbog - solvationsenergi. Tilgængelig her
3. ”Solvateringen.” Wikipedia, Wikimedia Foundation, 5. mar. 2018. Tilgængelig her

Billede høflighed:

1.'Na + H2O'By Taxman (Public Domain) via Commons Wikimedia
2.'Born-haber-cyklus LiF'By Jkwchui - Eget arbejde, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

Videnskab & natur