Ero ratkaisuenergian ja hilaenergian välillä

Avainero - Solution Energy vs Hilan energia
 

Liuotusenergia on muutos liuottimen Gibbs-energiassa, kun liuotettu aine liuotetaan kyseiseen liuottimeen. Hilan energia on joko energiamäärä, joka vapautuu hilan muodostuessa ioneista, tai tarvittava energian määrä hilan hajottamiseksi. avainero liukenemisenergian ja hilaenergian välillä on se liukenemisenergia antaa entalpian muutoksen liuenessaan liuotettua ainetta liuottimeen, kun taas hilaenergia antaa entalpian muutoksen hilan muodostuessa (tai hajoaessa).

SISÄLLYS

1. Yleiskatsaus ja keskeiset erot
2. Mikä on Solution Energy
3. Mikä on hilaenergia
4. Vertailu rinnakkain - Solution Energy vs Lattice Energy taulukkomuodossa
5. Yhteenveto

Mikä on Solution Energy?

Liuotusenergia on muutos Gibbs-energiassa, kun ioni tai molekyyli siirretään tyhjiöstä (tai kaasufaasista) liuottimeen. Liuotus on vuorovaikutus liuottimen ja liuenneen aineen molekyylien tai ionien välillä. Liuotettu aine on yhdiste, joka liukenee liuottimeen. Jotkut liuenneet aineet koostuvat molekyyleistä, kun taas jotkut sisältävät ioneja.

Liuotin- ja liuenneiden hiukkasten vuorovaikutus määrää liuenneen aineen monia ominaisuuksia. Esimerkki: liukoisuus, reaktiivisuus, väri jne. Solvaatioprosessin aikana liuenneita partikkeleita ympäröivät liuotinmolekyylit, jotka muodostavat solvaatiokomplekseja. Kun tähän liukenemiseen osallistuu liuotin, vettä, prosessia kutsutaan hydraatioksi.

Solvaatioprosessin aikana muodostuu erityyppisiä kemiallisia sidoksia ja vuorovaikutuksia; vety sidokset, ionidipoli vuorovaikutukset ja Van der Waal voimat. Liuottimen ja liuenneen aineen täydentävät ominaisuudet määrittävät liuenneen liukoisuuden liuottimeen. Napaisuus on esimerkiksi tärkeä tekijä, joka määrittää liuenneen aineen liukoisuuden liuottimeen. Polaariset liuenneet liukenevat hyvin polaarisiin liuottimiin. Epäpolaariset liuenneet liukenevat hyvin ei-polaarisiin liuottimiin. Mutta polaaristen liukenevien aineiden liukoisuus ei-polaarisiin liuottimiin (ja päinvastoin) on heikko.

Kuva 01: Natriumkationin liukeneminen vedessä

Termodynamiikan suhteen liukeneminen on mahdollista (spontaani) vain, jos lopullisen liuoksen Gibbs-energia on pienempi kuin liuottimen ja liuenneen aineen yksittäiset Gibbs-energiat. Siksi Gibbs-vapaan energian tulisi olla negatiivinen arvo (järjestelmän Gibbs-vapaan energian tulisi vähentyä liuoksen muodostumisen jälkeen). Solvaatio sisältää eri vaiheet eri energioilla.

1. Liuottimen onkalon muodostaminen tilaa liuenneille aineille. Tämä on termodynaamisesti epäsuotuisa, koska kun vuorovaikutukset liuotinmolekyylin välillä vähenevät ja entropia vähenee.
2. Myös liuenneen hiukkasen erottaminen irtotavarasta on termodynaamisesti epäsuotuisa. Tämä johtuu siitä, että liuenneen ja liuenneen aineen vuorovaikutukset ovat vähentyneet.
3. Liuotin-liuennut vuorovaikutus tapahtuu, kun liuennut aine saapuu liuotinonteloon, on termodynaamisesti suotuisa.

Solvaation energia tunnetaan myös nimellä solvaation entalpia. On hyödyllistä selittää joidenkin hilan liukeneminen liuottimiin, kun taas jotkut hilat eivät. Liuoksen entalpian muutos on erotus energioiden välillä, jotka vapauttavat liuenneen aineen irtotavarana ja yhdistävät liuenneen liuottimen. Jos ionilla on negatiivinen arvo liuoksen entalpiamuutokselle, se osoittaa, että ioni liukenee todennäköisemmin kyseiseen liuottimeen. Korkea positiivinen arvo osoittaa, että ioni ei todennäköisesti liukene.

Mikä on Lattice Energy?

Hilaenergia on yhdisteen kidehilassa olevan energian mitta, joka on yhtä suuri kuin energia, joka vapautuisi, jos komponentti-ionit koottaisiin äärettömyydestä. Yhdisteen hilaenergia voidaan myös määritellä energian määränä, joka tarvitaan ionisen kiinteän aineen hajottamiseksi atomiinsa kaasumaisessa faasissa.

 Ioniset kiinteät aineet ovat erittäin stabiileja yhdisteitä, jotka johtuvat ionisten molekyylien muodostumisen entalpioista yhdessä kiinteän rakenteen hilaenergian aiheuttaman stabiilisuuden kanssa. Mutta hilaenergiaa ei voida mitata kokeellisesti. Siksi a Syntynyt-Haber-sykli käytetään määrittämään ionisten kiintoaineiden hilaenergia. Ennen Born-Haber -jakson piirtämistä on ymmärrettävä useita termejä.

1. Ionisaatioenergia - energian määrä, joka tarvitaan elektronin poistamiseksi kaasumaisesta neutraalista atomista
2. Elektroni-affiniteetti - Energian määrä, joka vapautuu, kun elektronia lisätään kaasumaisen neutraaliatomiin
3. Dissosiaatioenergia - energian määrä, joka tarvitaan yhdisteen hajottamiseksi atomiksi tai ioneiksi.
4. Sublimaatioenergia - Kiinteän aineen muuntamiseksi höyryksi tarvittava energian määrä
5. Muodostumislämpö - Energian muutos, kun yhdiste muodostuu sen elementeistä.
6. Hessin laki - Laki, jonka mukaan tietyn prosessin energian kokonaismuutos voidaan määrittää jakamalla prosessi eri vaiheisiin.

Kuva 02: Born-Haber-sykli litiumfluoridin (LiF) muodostamiseksi

Born-Haber-sykli voidaan antaa seuraavalla yhtälöllä.

Muodostumislämpö = atomisoitumisen lämpö + dissosiaatioenergia + ionisaatioenergioiden summa + elektronien affiniteettien summa + hilaenergia

Sitten yhdisteen hilaenergia voidaan saada järjestämällä tämä yhtälö seuraavasti.

Hilan energia = muodostumislämpö - atomisoitumisen lämpö + dissosiaatioenergia + ionisaatioenergioiden summa + elektroni-affiniteettien summa

Mikä on ero liuosenergian ja hilaenergian välillä?

Solvaation energia vs. Hilan energia
Liuotusenergia on muutos Gibbs-energiassa, kun ioni tai molekyyli siirretään tyhjiöstä (tai kaasufaasista) liuottimeen.	Hilan energia on yhdisteen kidehilassa olevan energian mitta, joka on yhtä suuri kuin energia, joka vapautuisi, jos komponentti-ionit koottaisiin äärettömyydestä.
Periaate
Liuotusenergia antaa entalpian muutoksen liuotettaessa liuotettua ainetta liuottimeen.	Hilaenergia antaa entalpian muutoksen hilan muodostuessa (tai hajoaessa).

Yhteenveto - Solvaation energia vs Hilan energia

Liuotusenergia on järjestelmän entalpian muutos liuenneen liuottimen liukenemisen aikana. Hilan energia on hilan muodostuessa vapautuneen energian määrä tai hilan hajottamiseksi tarvittava energiamäärä. Ero liukenemisenergian ja hilaenergian välillä on se, että liukenemisenergia antaa entalpian muutoksen liuotettaessa liuennettua ainetta liuottimeen, kun taas hilaenergia antaa entalpian muutoksen muodostuessaan (tai hajoaessa) hilaa..

Viite:

1. ”Hilan energia”. chem.purdue.edu. Saatavilla täältä 
2.Puhtaan ja sovelletun kemian kansainvälinen liitto. "Solvaation energia." IUPAC Gold Book - solvaation energia. Saatavilla täältä 
3. ”Liukoisuutta.” Wikipedia, Wikimedia Foundation, 5. maaliskuuta 2018. Saatavilla täältä

Kuvan kohteliaisuus:

1.'Na + H2O'By Taxman (Public Domain) Commons Wikimedian kautta  
2.'Born-haber-sykli LiF'By Jkwchui - Oma työ, (CC BY-SA 3.0) Commons Wikimedian kautta