Galvenā atšķirība - risināšanas enerģija pret režģa enerģiju
Šķīdināšanas enerģija ir šķīdinātāja Gibsa enerģijas izmaiņas, kad izšķīdināta viela tiek izšķīdināta šajā šķīdinātājā. Režģa enerģija ir vai nu enerģijas daudzums, kas izdalās, veidojot režģi no joniem, vai arī enerģijas daudzums, kas nepieciešams režģa sadalīšanai. Galvenā atšķirība starp šķīdināšanas enerģiju un režģa enerģiju ir tā, ka solvācijas enerģija nosaka entalpijas izmaiņas, izšķīdinot izšķīdušo vielu šķīdinātājā, turpretim režģa enerģija nosaka entalpijas izmaiņas, veidojoties (vai sadaloties) režģim.
Kas ir risināšanas enerģija?
Solvācijas enerģija ir Gibsa enerģijas izmaiņas, kad jons vai molekula tiek pārnesta no vakuuma (vai gāzes fāzes) uz šķīdinātāju. Solvācija ir mijiedarbība starp šķīdinātāju un izšķīdušās vielas molekulām vai joniem. Izšķīdinātā viela ir savienojums, kas tiks izšķīdināts šķīdinātājā. Dažas izšķīdušās vielas sastāv no molekulām, savukārt dažas satur jonus.
Šķīdinātāja un izšķīdušās vielas daļiņu mijiedarbība nosaka daudzas izšķīdušās vielas īpašības. Piem.: šķīdība, reaģētspēja, krāsa utt. Solvatācijas procesā izšķīdušās vielas daļiņas ieskauj šķīdinātāja molekulas, veidojot solvatācijas kompleksus. Ja šajā atrisināšanā iesaistītais šķīdinātājs ir ūdens, procesu sauc par hidratāciju.
Solvatācijas procesā veidojas dažāda veida ķīmiskās saites un mijiedarbības; ūdeņraža saites, jonu-dipola mijiedarbība un Van der Vāla spēki. Šķīdinātāja un izšķīdušās vielas komplementārās īpašības nosaka izšķīdušās vielas šķīdību šķīdinātājā. Piemēram, polaritāte ir galvenais faktors, kas nosaka izšķīdušās vielas šķīdību šķīdinātājā. Polārie šķīdinātāji labi šķīst polāros šķīdinātājos. Nepolāras izšķīdušās vielas labi šķīst nepolāros šķīdinātājos. Taču polāro izšķīdušo vielu šķīdība nepolārajos šķīdinātājos (un otrādi) ir slikta.
Attēls 01: Nātrija katjona šķīdināšana ūdenī
Runājot par termodinamiku, atrisināšana ir iespējama (spontāna) tikai tad, ja gala šķīduma Gibsa enerģija ir zemāka par šķīdinātāja un izšķīdušās vielas atsevišķo Gibsa enerģiju. Tāpēc Gibsa brīvajai enerģijai jābūt negatīvai vērtībai (pēc šķīduma izveidošanas sistēmas Gibsa brīvā enerģija jāsamazina). Risinājums ietver dažādus soļus ar dažādu enerģiju.
- Šīdinātāja dobuma veidošanās, lai atbrīvotu vietu izšķīdušajām vielām. Tas ir termodinamiski nelabvēlīgi, jo samazinās mijiedarbība starp šķīdinātāja molekulām un samazinās entropija.
- Izšķīdušās vielas daļiņu atdalīšana no masas ir arī termodinamiski nelabvēlīga. Tas ir tāpēc, ka izšķīdušās vielas mijiedarbība ir samazināta.
- Šīdinātāja un šķīdinātāja mijiedarbība notiek, kad šķīdinātāja nonāk šķīdinātāja dobumā, ir termodinamiski labvēlīga.
Solvācijas enerģiju sauc arī par risināšanas entalpiju. Ir lietderīgi izskaidrot dažu režģu izšķīšanu šķīdinātājos, bet dažu režģu ne. Šķīduma entalpijas izmaiņas ir starpība starp enerģijām, kas rodas, izšķīdušās vielas izdalīšanai no tilpuma un izšķīdušās vielas apvienošanas ar šķīdinātāju. Ja jonam ir negatīva vērtība šķīduma entalpijas izmaiņām, tas norāda, ka jons, visticamāk, izšķīst šajā šķīdinātājā. Augsta pozitīva vērtība norāda, ka jonam ir mazāka iespēja izšķīst.
Kas ir režģa enerģija?
Režģa enerģija ir savienojuma kristāla režģī esošās enerģijas mērs, kas vienāds ar enerģiju, kas atbrīvotos, ja komponentu joni tiktu apvienoti no bezgalības. Savienojuma režģa enerģiju var definēt arī kā enerģijas daudzumu, kas nepieciešams, lai gāzveida fāzē sadalītu jonu cietu vielu atomos.
Joniskās cietās vielas ir ļoti stabili savienojumi, pateicoties jonu molekulu veidošanās entalpijai, kā arī stabilitātei, ko rada cietās struktūras režģa enerģija. Bet režģa enerģiju nevar izmērīt eksperimentāli. Tāpēc, lai noteiktu jonu cieto vielu režģa enerģiju, tiek izmantots Borna-Habera cikls. Pirms Born-Haber cikla zīmēšanas ir jāsaprot vairāki termini.
- Jonizācijas enerģija - enerģijas daudzums, kas nepieciešams elektrona noņemšanai no neitrāla atoma gāzveida stāvoklī
- Elektronu afinitāte - enerģijas daudzums, kas izdalās, pievienojot elektronu neitrālam atomam gāzveida stāvoklī
- Disociācijas enerģija - enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai savienojumu sadalītu atomos vai jonos.
- Sublimācijas enerģija - enerģijas daudzums, kas nepieciešams, lai cietu vielu pārvērstu tvaikos
- Radīšanās siltums – enerģijas izmaiņas, kad savienojums veidojas no tā elementiem.
- Hesas likums - likums, kas nosaka, ka kopējās noteikta procesa enerģijas izmaiņas var noteikt, sadalot procesu dažādos posmos.
Attēls 02: Borna-Habera cikls litija fluorīda (LiF) veidošanai
Borna-Habera ciklu var uzrādīt ar šādu vienādojumu.
Radīšanās siltums=atomizācijas siltums + disociācijas enerģija + jonizācijas enerģiju summa + elektronu afinitātes summa + režģa enerģija
Tad savienojuma režģa enerģiju var iegūt, pārkārtojot šo vienādojumu šādi.
Režģa enerģija=veidošanās siltums – {atomizācijas siltums + disociācijas enerģija + jonizācijas enerģiju summa + elektronu afinitātes summa}
Kāda ir atšķirība starp šķīdināšanas enerģiju un režģa enerģiju?
Atrisināšanas enerģija pret režģa enerģiju |
|
| Szolācijas enerģija ir Gibsa enerģijas izmaiņas, kad jons vai molekula tiek pārnesta no vakuuma (vai gāzes fāzes) uz šķīdinātāju. | Režģa enerģija ir savienojuma kristāla režģī esošās enerģijas mērs, kas vienāds ar enerģiju, kas atbrīvotos, ja komponentu joni tiktu apvienoti no bezgalības. |
| Princips | |
| Szolācijas enerģija rada entalpijas izmaiņas, izšķīdinot šķīdinātājā izšķīdušo vielu. | Režģa enerģija rada entalpijas izmaiņas, veidojoties (vai sadaloties) režģim. |
Kopsavilkums - risināšanas enerģija pret režģa enerģiju
Izšķīdināšanas enerģija ir sistēmas entalpijas izmaiņas šķīdinātājā izšķīdušās vielas šķīdināšanas laikā. Režģa enerģija ir enerģijas daudzums, kas izdalās režģa veidošanās laikā, vai enerģijas daudzums, kas nepieciešams režģa sadalīšanai. Atšķirība starp šķīdināšanas enerģiju un režģa enerģiju ir tāda, ka šķīdināšanas enerģija nosaka entalpijas izmaiņas, izšķīdinot šķīdinātājā, turpretim režģa enerģija nosaka entalpijas izmaiņas, veidojoties (vai sadaloties) režģim.
