nyckelskillnad – lösningsenergi vs gitterenergi
Lösningsenergi är förändringen i Gibbs-energin för ett lösningsmedel när ett löst ämne löses i det lösningsmedlet. Gitterenergi är antingen mängden energi som frigörs under bildandet av ett gitter från joner eller mängden energi som krävs för att bryta ner ett gitter. Den viktigaste skillnaden mellan solvatiseringsenergi och gitterenergi är att solvatiseringsenergin ger entalpiförändringen vid upplösning av ett löst ämne i ett lösningsmedel, medan gitterenergi ger entalpiförändringen vid bildande (eller nedbrytning) av ett gitter.
Vad är lösningsenergi?
Lösningsenergi är förändringen i Gibbs energi när en jon eller molekyl överförs från ett vakuum (eller gasfasen) till ett lösningsmedel. Solvatisering är interaktionen mellan ett lösningsmedel och molekyler eller joner av ett löst ämne. Det lösta ämnet är den förening som kommer att lösas i lösningsmedlet. Vissa lösta ämnen är sammansatta av molekyler medan vissa innehåller joner.
Interaktionen mellan lösningsmedel och lösta partiklar bestämmer många av egenskaperna hos ett löst ämne. Ex: löslighet, reaktivitet, färg, etc. Under solvatiseringsprocessen omges lösta partiklar av lösningsmedelsmolekyler som bildar solvatiseringskomplex. När lösningsmedlet som är involverat i denna solvatisering är vatten, kallas processen hydratisering.
Olika typer av kemiska bindningar och interaktioner bildas under solvationsprocessen; vätebindningar, jon-dipol-interaktioner och Van der Waal-krafter. Komplementära egenskaper hos lösningsmedel och löst ämne bestämmer lösligheten av ett löst ämne i ett lösningsmedel. Till exempel är polariteten en viktig faktor som bestämmer lösligheten av ett löst ämne i ett lösningsmedel. Polära lösta ämnen löser sig väl i polära lösningsmedel. Opolära lösta ämnen löser sig väl i opolära lösningsmedel. Men lösligheten för polära lösta ämnen i opolära lösningsmedel (och vice versa) är dålig.
Figur 01: Lösning av en natriumkatjon i vatten
När det kommer till termodynamik är solvatiseringen möjlig (spontan) endast om Gibbs-energin för den slutliga lösningen är lägre än de individuella Gibbs-energierna för lösningsmedel och löst ämne. Därför bör Gibbs fria energi vara ett negativt värde (Gibbs fria energi i systemet bör minskas efter bildandet av lösningen). Lösningen inkluderar olika steg med olika energier.
- Bildning av en hålighet av lösningsmedel för att skapa plats för lösta ämnen. Detta är termodynamiskt ogynnsamt eftersom när interaktionerna mellan lösningsmedelsmolekylerna minskar och entropin minskar.
- Separation av den lösta partikeln från bulken är också termodynamiskt ogynnsam. Det beror på att interaktionerna mellan löst ämne och löst ämne minskar.
- Interaktionerna mellan lösningsmedel och löst ämne äger rum när löst ämne kommer in i lösningsmedelshåligheten är termodynamiskt gynnsam.
Lösningsenergi är också känd som lösningens entalpi. Det är användbart att förklara upplösningen av vissa gitter i lösningsmedel medan vissa gitter inte gör det. Förändringen av lösningens entalpi är skillnaden mellan energierna för att frigöra ett löst ämne från bulk och att kombinera löst ämne med lösningsmedel. Om en jon har ett negativt värde för entalpiförändringen av lösningen indikerar det att jonen är mer sannolikt att lösas upp i det lösningsmedlet. Ett högt positivt värde indikerar att jonen är mindre sannolikt att lösas upp.
Vad är gitterenergi?
Gitterenergi är ett mått på energin som finns i kristallgittret i en förening, lika med den energi som skulle frigöras om de ingående jonerna sammanfördes från oändligheten. Gitterenergin för en förening kan också definieras som mängden energi som krävs för att bryta ner ett joniskt fast ämne till dess atomer i gasfasen.
Joniska fasta ämnen är mycket stabila föreningar på grund av entalpier för bildning av joniska molekyler tillsammans med stabiliteten på grund av gitterenergin hos den fasta strukturen. Men gitterenergin kan inte mätas experimentellt. Därför används en Born-Haber-cykel för att bestämma gitterenergin för joniska fasta ämnen. Det finns flera termer som måste förstås innan man ritar en Born-Haber-cykel.
- joniseringsenergi – Mängden energi som krävs för att avlägsna en elektron från en neutral atom i gasen
- Elektronaffinitet – Mängden energi som frigörs när en elektron läggs till en neutral atom i gasen
- Dissociationsenergi – Mängden energi som krävs för att bryta isär en förening till atomer eller joner.
- Sublimationsenergi – Mängden energi som krävs för att omvandla ett fast ämne till dess ånga
- Formationsvärmen – Förändringen i energi när en förening bildas av dess grundämnen.
- Hess’s law – En lag som säger att den övergripande förändringen av energin i en viss process kan bestämmas genom att dela upp processen i olika steg.
Figur 02: Born-Haber-cykeln för bildning av litiumfluorid (LiF)
Born-Haber-cykeln kan ges med följande ekvation.
Formationsvärme=atomiseringsvärme + Dissociationsenergi + summan av joniseringsenergier + summan av elektronaffiniteter + gitterenergi
Då kan gitterenergin för en förening erhållas genom att omordna denna ekvation enligt följande.
Gitterenergi=bildningsvärme – {atomiseringsvärme + Dissociationsenergi + summan av joniseringsenergier + summan av elektronaffiniteter}
Vad är skillnaden mellan lösningsenergi och gitterenergi?
Solvation Energy vs Lattice Energy |
|
| Lösningsenergi är förändringen i Gibbs energi när en jon eller molekyl överförs från ett vakuum (eller gasfasen) till ett lösningsmedel. | Gitterenergi är ett mått på energin som finns i kristallgittret i en förening, lika med energin som skulle frigöras om de ingående jonerna sammanfördes från oändligheten. |
| Princip | |
| Lösningsenergi ger förändringen av entalpi vid upplösning av ett löst ämne i ett lösningsmedel. | Gitterenergi ger förändringen av entalpi vid bildande (eller nedbrytning) av ett gitter. |
Sammanfattning – Solvation Energy vs Lattice Energy
Lösningsenergi är förändringen av entalpi i ett system under lösandet av ett löst ämne i ett lösningsmedel. Gitterenergi är mängden energi som frigörs under bildandet av ett gitter eller mängden energi som krävs för att bryta ner ett gitter. Skillnaden mellan solvatiseringsenergi och gitterenergi är att solvatiseringsenergin ger entalpiförändringen vid upplösning av ett löst ämne i ett lösningsmedel, medan gitterenergi ger entalpiförändringen vid bildande (eller nedbrytning) av ett gitter.
