Ключевая разница - энергия сольватации и энергия решетки
Энергия сольватации – это изменение энергии Гиббса растворителя при растворении растворенного вещества в этом растворителе. Энергия решетки - это либо количество энергии, высвобождаемой при формировании решетки из ионов, либо количество энергии, необходимое для разрушения решетки. Ключевое различие между энергией сольватации и энергией решетки заключается в том, что энергия сольватации дает изменение энтальпии при растворении растворенного вещества в растворителе, тогда как энергия решетки дает изменение энтальпии при образовании (или разрушении) решетки.
Что такое энергия растворения?
Энергия сольватации - это изменение энергии Гиббса при переносе иона или молекулы из вакуума (или газовой фазы) в растворитель. Сольватация – это взаимодействие между растворителем и молекулами или ионами растворенного вещества. Растворенное вещество – это соединение, которое будет растворено в растворителе. Некоторые растворенные вещества состоят из молекул, тогда как некоторые содержат ионы.
Взаимодействие между растворителем и частицами растворенного вещества определяет многие свойства растворенного вещества. Пример: растворимость, реакционная способность, цвет и т. д. В процессе сольватации частицы растворенного вещества окружаются молекулами растворителя, образуя сольватные комплексы. Когда растворителем, участвующим в этой сольватации, является вода, процесс называется гидратацией.
В процессе сольватации образуются различные типы химических связей и взаимодействий; водородные связи, ион-дипольные взаимодействия и силы Ван-дер-Ваальса. Дополнительные свойства растворителя и растворенного вещества определяют растворимость растворенного вещества в растворителе. Например, полярность является основным фактором, определяющим растворимость растворенного вещества в растворителе. Полярные растворенные вещества хорошо растворяются в полярных растворителях. Неполярные растворенные вещества хорошо растворяются в неполярных растворителях. Но растворимость полярных веществ в неполярных растворителях (и наоборот) плохая.
Рисунок 01: Сольватация катиона натрия в воде
Когда дело доходит до термодинамики, сольватация возможна (самопроизвольно) только в том случае, если энергия Гиббса конечного раствора ниже, чем отдельные энергии Гиббса растворителя и растворенного вещества. Следовательно, свободная энергия Гиббса должна быть отрицательной (свободная энергия Гиббса системы должна уменьшаться после образования раствора). Сольватация включает в себя разные стадии с разной энергией.
- Формирование полости растворителя, чтобы освободить место для растворенных веществ. Это термодинамически невыгодно, поскольку при этом уменьшаются взаимодействия между молекулами растворителя и уменьшается энтропия.
- Отделение частицы растворенного вещества от основной массы также термодинамически невыгодно. Это связано с тем, что взаимодействия растворенного вещества с растворенным веществом уменьшаются.
- Взаимодействия растворителя и растворенного вещества происходят, когда растворенное вещество входит в полость растворителя, что является термодинамически выгодным.
Энергия сольватации также известна как энтальпия сольватации. Полезно объяснить растворение одних решеток в растворителях, а других нет. Изменение энтальпии растворения представляет собой разницу между энергиями выделения растворенного вещества из объема и связывания растворенного вещества с растворителем. Если ион имеет отрицательное значение изменения энтальпии раствора, это указывает на то, что ион с большей вероятностью растворится в этом растворителе. Высокое положительное значение указывает на то, что вероятность растворения иона меньше.
Что такое энергия решетки?
Энергия решетки - это мера энергии, содержащейся в кристаллической решетке соединения, равная энергии, которая высвободилась бы, если бы ионы компонентов были сведены вместе из бесконечности. Энергия решетки соединения также может быть определена как количество энергии, необходимое для распада ионного твердого вещества на атомы в газовой фазе.
Ионные твердые вещества являются очень стабильными соединениями из-за энтальпий образования ионных молекул, а также стабильности из-за энергии решетки твердой структуры. Но энергию решетки нельзя измерить экспериментально. Поэтому цикл Борна-Габера используется для определения энергии решетки ионных твердых тел. Прежде чем рисовать цикл Борна-Габера, необходимо понять несколько терминов.
- Энергия ионизации – количество энергии, необходимое для удаления электрона из нейтрального атома в газообразном
- Сродство к электрону – количество энергии, которое высвобождается, когда электрон присоединяется к нейтральному атому в газообразном состоянии
- Энергия диссоциации – количество энергии, необходимое для распада соединения на атомы или ионы.
- Энергия сублимации – количество энергии, необходимое для превращения твердого вещества в пар
- Теплота образования – изменение энергии при образовании соединения из его элементов.
- Закон Гесса – Закон, который гласит, что общее изменение энергии определенного процесса можно определить, разбив процесс на несколько этапов.
Рисунок 02: Цикл Борна-Габера для образования фторида лития (LiF)
Цикл Борна-Габера может быть задан следующим уравнением.
Теплота образования=теплота атомизации + энергия диссоциации + сумма энергий ионизации + сумма сродств к электрону + энергия решетки
Тогда энергия решетки соединения может быть получена путем преобразования этого уравнения следующим образом.
Энергия решетки=теплота образования – {теплота атомизации + энергия диссоциации + сумма энергий ионизации + сумма сродств к электрону}
В чем разница между энергией сольватации и энергией решетки?
Энергия растворения против энергии решетки |
|
| Энергия сольватации - это изменение энергии Гиббса при переносе иона или молекулы из вакуума (или газовой фазы) в растворитель. | Энергия решетки - это мера энергии, содержащейся в кристаллической решетке соединения, равная энергии, которая высвободилась бы, если бы ионы компонентов были сведены вместе из бесконечности. |
| Принцип | |
| Энергия сольватации дает изменение энтальпии при растворении растворенного вещества в растворителе. | Энергия решетки дает изменение энтальпии при образовании (или разрушении) решетки. |
Резюме – Энергия растворения против энергии решетки
Энергия сольватации – это изменение энтальпии системы при сольватации растворенного вещества в растворителе. Энергия решетки - это количество энергии, высвобождаемой при формировании решетки, или количество энергии, необходимое для разрушения решетки. Разница между энергией сольватации и энергией решетки заключается в том, что энергия сольватации дает изменение энтальпии при растворении растворенного вещества в растворителе, тогда как энергия решетки дает изменение энтальпии при образовании (или разрушении) решетки.
