Pagrindinis skirtumas – sprendimo energija ir gardelės energija
Soliacijos energija – tai tirpiklio Gibso energijos pokytis, kai tirpioji medžiaga ištirpsta tame tirpiklyje. Grotelių energija yra arba energijos kiekis, išsiskiriantis formuojant gardelę iš jonų, arba energijos kiekis, reikalingas gardelės suskaidymui. Pagrindinis skirtumas tarp solvacijos energijos ir gardelės energijos yra tas, kad tirpimo energija suteikia entalpijos pokytį, kai ištirpsta tirpioje medžiaga, o gardelės energija lemia entalpijos pokytį, kai susidaro (arba suyra) gardelė.
Kas yra Solvation Energy?
Soliacijos energija yra Gibso energijos pokytis, kai jonas arba molekulė perkeliama iš vakuumo (arba dujų fazės) į tirpiklį. Solvatacija yra sąveika tarp tirpiklio ir tirpios medžiagos molekulių arba jonų. Tirpi medžiaga yra junginys, kuris ištirps tirpiklyje. Kai kurios tirpios medžiagos yra sudarytos iš molekulių, o kai kuriose yra jonų.
Sąveika tarp tirpiklio ir tirpios medžiagos dalelių lemia daugelį ištirpusios medžiagos savybių. Pvz.: tirpumas, reaktyvumas, spalva ir tt Solvatacijos proceso metu ištirpusios medžiagos dalelės yra apsuptos tirpiklio molekulių, sudarančių solvatacijos kompleksus. Kai šiame tirpinime dalyvaujantis tirpiklis yra vanduo, procesas vadinamas hidratacija.
Solivacijos proceso metu susidaro įvairių tipų cheminiai ryšiai ir sąveikos; vandeniliniai ryšiai, jonų ir dipolių sąveika ir Van der Waal jėgos. Tirpiklio ir tirpios medžiagos viena kitą papildančios savybės lemia tirpios medžiagos tirpumą tirpiklyje. Pavyzdžiui, poliškumas yra pagrindinis veiksnys, lemiantis tirpios medžiagos tirpumą tirpiklyje. Poliniai tirpikliai gerai tirpsta poliniuose tirpikliuose. Nepoliniai tirpikliai gerai tirpsta nepoliniuose tirpikliuose. Tačiau polinių tirpių medžiagų tirpumas nepoliniuose tirpikliuose (ir atvirkščiai) yra prastas.
01 pav.: Natrio katijono tirpinimas vandenyje
Kalbant apie termodinamiką, tirpimas galimas (spontaniškas) tik tuo atveju, jei galutinio tirpalo Gibso energija yra mažesnė už atskiras tirpiklio ir tirpios medžiagos Gibso energijas. Todėl Gibso laisvoji energija turėtų būti neigiama reikšmė (suformavus tirpalą, sistemos Gibso laisvoji energija turėtų būti sumažinta). Sprendimas apima skirtingus etapus su skirtinga energija.
- Susidaro tirpiklio ertmė, kad būtų vietos tirpioms medžiagoms. Tai termodinamiškai nepalanku, nes kai sumažėja sąveika tarp tirpiklio molekulių ir sumažėja entropija.
- Tirpintų dalelių atskyrimas nuo masės taip pat yra nepalankus termodinamiškai. Taip yra todėl, kad sumažėja tirpių ir tirpių medžiagų sąveika.
- Tirpiklių ir tirpiųjų medžiagų sąveika vyksta tada, kai ištirpsta medžiaga patenka į tirpiklio ertmę, termodinamiškai palanki.
Soliacijos energija taip pat žinoma kaip sprendimo entalpija. Naudinga paaiškinti kai kurių gardelių ištirpimą tirpikliuose, o kai kurių gardelių ne. Tirpalo entalpijos pokytis yra skirtumas tarp energijų, atsirandančių atpalaiduojant tirpią medžiagą iš tūrio ir sujungiant ištirpusią medžiagą su tirpikliu. Jei jonas turi neigiamą tirpalo entalpijos pokyčio vertę, tai rodo, kad jonas labiau ištirpsta tame tirpiklyje. Didelė teigiama reikšmė rodo, kad jonai mažiau ištirpsta.
Kas yra gardelės energija?
Tinklelio energija yra junginio kristalinėje gardelėje esančios energijos matas, lygus energijai, kuri išsiskirtų, jei komponentų jonai būtų sujungti iš begalybės. Junginio gardelės energiją taip pat galima apibrėžti kaip energijos kiekį, reikalingą joninei kietajai medžiagai suskaidyti į atomus dujinėje fazėje.
Joninės kietosios medžiagos yra labai stabilūs junginiai dėl joninių molekulių susidarymo entalpijų ir stabilumo dėl kietosios struktūros gardelės energijos. Tačiau gardelės energijos negalima išmatuoti eksperimentiškai. Todėl joninių kietųjų medžiagų gardelės energijai nustatyti naudojamas Born-Haber ciklas. Prieš piešiant Born-Haber ciklą, reikia suprasti keletą terminų.
- Jonizacijos energija – energijos kiekis, reikalingas elektronui pašalinti iš neutralaus dujinio atomo
- Elektronų giminingumas – energijos kiekis, išsiskiriantis, kai elektronas pridedamas prie neutralaus atomo dujinėje aplinkoje
- Disociacijos energija – energijos kiekis, reikalingas junginiui suskaidyti į atomus arba jonus.
- Sublimacijos energija – energijos kiekis, reikalingas kietajai medžiagai paversti garais
- Susidarymo šiluma – energijos pokytis, kai junginys susidaro iš jo elementų.
- Heso dėsnis – dėsnis, teigiantis, kad bendrą tam tikro proceso energijos pokytį galima nustatyti suskaidžius procesą į skirtingus etapus.
02 pav. Born-Haber ciklas, skirtas ličio fluorido (LiF) susidarymui
Borno-Haberio ciklą galima pateikti pagal šią lygtį.
Susidarymo šiluma=atomizacijos šiluma + disociacijos energija + jonizacijos energijų suma + elektronų afinitetų suma + gardelės energija
Tada junginio gardelės energiją galima gauti pertvarkydami šią lygtį taip.
Tinklelio energija=susidarymo šiluma – {purškimo šiluma + disociacijos energija + jonizacijos energijų suma + elektronų afinitetų suma}
Kuo skiriasi tirpimo energija ir gardelės energija?
Soliacijos energija prieš gardelės energiją |
|
| Soliacijos energija yra Gibso energijos pokytis, kai jonas arba molekulė perkeliama iš vakuumo (arba dujų fazės) į tirpiklį. | Tinkelių energija – tai energijos, esančios junginio kristalinėje gardelėje, matas, lygus energijai, kuri išsiskirtų, jei komponentų jonai būtų sujungti iš begalybės. |
| Principas | |
| Soliacijos energija suteikia entalpijos pokytį, kai tirpinama medžiaga tirpiklyje. | Tinklelio energija suteikia entalpijos pokytį, kai susidaro (arba suyra) gardelė. |
Santrauka – sprendimo energija prieš gardelės energiją
Soliacijos energija yra sistemos entalpijos pokytis tirpinant tirpiklyje esančią medžiagą. Grotelių energija – tai energijos kiekis, išsiskiriantis formuojant gardelę, arba energijos kiekis, reikalingas gardelės suskaidymui. Skirtumas tarp tirpimo energijos ir gardelės energijos yra tas, kad tirpimo energija suteikia entalpijos pokytį tirpinant tirpiklyje ištirpusią medžiagą, o gardelės energija suteikia entalpijos pokytį, kai susidaro (arba suyra) gardelė.
