Forskjellen mellom Solvation Energi og Gitter Energi

Nøkkelforskjell - Solvasjonsenergi vs Gitter Energi
 

Solvasjonsenergi er forandringen i Gibbs-energien til et løsningsmiddel når et oppløsningsmiddel er oppløst i det løsningsmidlet. Gitter energi er enten mengden energi frigjort under dannelsen av en gitter fra ioner eller mengden energi som kreves for å bryte ned et gitter. De nøkkelforskjell mellom solvasjonsenergi og gitter energi er det Solvasjonsenergi gir forandring av enthalpi ved oppløsning av et oppløsningsmiddel i et løsningsmiddel mens gitterenergi gir forandring av enthalpi ved dannelse (eller nedbryting) av en gitter.

INNHOLD

1. Oversikt og nøkkelforskjell
2. Hva er Solvation Energy
3. Hva er Lattice Energy
4. Side ved side-sammenligning - Solvationsenergi mot gitter Energi i tabellform
5. Sammendrag

Hva er Solvation Energy?

Solvasjonsenergi er endringen i Gibbs-energi når en ion eller molekyl overføres fra et vakuum (eller gassfasen) til et løsningsmiddel. Løsning er samspillet mellom et løsningsmiddel og molekyler eller ioner av et oppløsningsmiddel. Løsemiddelet er forbindelsen som skal oppløses i løsningsmidlet. Noen oppløsninger består av molekyler, mens noen inneholder ioner.

Samspillet mellom løsemiddel og løsemiddelpartikler bestemmer mange av egenskapene til et oppløsningsmiddel. Eks: oppløselighet, reaktivitet, farge, etc. Under oppløsningsprosessen er oppløste partikler omgitt av løsningsmiddelmolekyler som danner solvasjonskomplekser. Når løsningsmidlet involvert i denne løsningen er vann kalles prosessen hydrering.

Ulike typer kjemiske bindinger og interaksjoner dannes under solvasjonsprosessen; hydrogenbindinger, ion-dipol-interaksjoner og van der Waal-krefter. Komplementære egenskaper til løsningsmiddel og løsemiddel bestemmer løseligheten av et oppløsningsmiddel i et oppløsningsmiddel. For eksempel er polariteten en viktig faktor som bestemmer oppløseligheten av et oppløsningsmiddel i et løsningsmiddel. Polare oppløsninger oppløses godt i polare løsningsmidler. Ikke-polare oppløsninger oppløses godt i ikke-polare løsningsmidler. Men løseligheten av polare løsemidler i ikke-polare løsningsmidler (og omvendt) er dårlig.

Figur 01: Oppløsning av en natriumkation i vann

Når det gjelder termodynamikk, er løsningen kun mulig (spontan) hvis Gibbs-energien til den endelige løsningen er lavere enn de individuelle Gibbs-energiene av løsningsmiddel og løsemiddel. Derfor bør Gibbs frie energi være en negativ verdi (Gibbs fri energi i systemet skal reduseres etter dannelsen av løsningen). Løsningen inneholder forskjellige trinn med forskjellige energier.

1. Formasjon av et hulrom av løsningsmiddel for å gi plass til oppløsninger. Dette er termodynamisk ugunstig fordi når samspillet mellom løsningsmiddelmolekylet blir redusert og entropien er redusert.
2. Separering av løsemiddelpartikkelen fra bulk er også termodynamisk ugunstig. Det skyldes at oppløsningen av løsemiddeloppløsningen er redusert.
3. Løsningsmiddel-løsningsmiddelinteraksjonene finner sted når løsemiddel inn i løsningsmiddelhulrummet er termodynamisk gunstig.

Solvasjonsenergi er også kjent som solfangingsentalet. Det er nyttig å forklare oppløsningen av noen gitter i løsningsmidler mens noen gitter ikke gjør det. Endringen av entalpi av løsning er forskjellen mellom energier ved frigjøring av et løsemiddel fra bulk og kombinering av løsemiddel med løsningsmiddel. Hvis en ion har en negativ verdi for entalpifremstillingen av løsning, indikerer det at ionet er mer sannsynlig å oppløse i det løsningsmidlet. En høy positiv verdi indikerer at ionet er mindre sannsynlig å oppløse.

Hva er Lattice Energy?

Gitter energi er et mål for energien i krystallgitteret av en forbindelse, lik energien som ville bli frigjort dersom komponentjonene ble samlet fra uendelig. Gitterenergien til en forbindelse kan også defineres som mengden energi som kreves for å bryte ned et ionisk fast stoff i dets atomer i gassfasen.

 Joniske faste stoffer er svært stabile forbindelser på grunn av enthalpier av dannelse av ioniske molekyler sammen med stabiliteten på grunn av gitter energi av den faste strukturen. Men gitterenergien kan ikke måles eksperimentelt. Derfor a Født-Haber syklus brukes til å bestemme gitterenergien av ioniske faste stoffer. Det er flere begreper som må forstås før du tegner en Born-Haber-syklus.

1. Ioniseringsenergi - Mengden energi som kreves for å fjerne et elektron fra et nøytralt atom i gassformet
2. Elektronaffinitet - Mengden energi som frigjøres når et elektron settes til et nøytralt atom i gassformet
3. Dissosiasjonsenergi - Mengden energi som kreves for å bryte sammen en forbindelse i atomer eller ioner.
4. Sublimeringsenergi - Mengden energi som kreves for å omdanne et fast stoff til dampen
5. Varmeformasjonen - Forandringen i energi når en forbindelse dannes av dens elementer.
6. Hess lov - En lov som sier at den generelle forandringen i energien til en bestemt prosess kan bestemmes ved å bryte prosessen i forskjellige trinn.

Figur 02: Born-Haber-syklusen for dannelse av litiumfluorid (LiF)

Born-Haber-syklusen kan gis med følgende ligning.

Formasjonsvarme = forstøvningsvarme + Dissosjonsenergi + Summen av ioniseringsenergier + Summen av elektronaffekter + Gitter energi

Deretter kan gitterenergien av en forbindelse oppnås ved å omarrangere denne ligningen som følger.

Gitter energi = dannelsesvarme - atomiseringsvarme + Dissosieringsenergi + summen av ioniseringsenergier + summen av elektronaffekter

Hva er forskjellen mellom Solvation Energy og Gitter Energi?

Solvation Energy vs Lattice Energy
Solvasjonsenergi er endringen i Gibbs-energi når en ion eller molekyl overføres fra et vakuum (eller gassfasen) til et løsningsmiddel.	Gitter energi er et mål på energien i krystallgitteret av en forbindelse, lik den energien som ville bli frigjort dersom komponentjonene ble samlet fra uendelig.
Prinsipp
Solvasjonsenergi gir forandring av enthalpi ved oppløsning av et oppløsningsmiddel i et løsningsmiddel.	Gitter energi gir forandring av entalpi ved dannelse (eller sammenbrudd) av en gitter.

Sammendrag - Solvation Energy vs Gitter Energi

Solvasjonsenergi er endringen av enthalpi av et system under solvasjon av et oppløsningsmiddel i et løsningsmiddel. Gitter energi er mengden energi frigjort under dannelsen av en gitter eller mengden energi som kreves for å bryte ned et gitter. Forskjellen mellom solvasjonsenergi og gitterenergi er at solvasjonsenergien gir forandring av entalpi ved oppløsning av et oppløsningsmiddel i et løsningsmiddel mens gitterenergi gir forandring av enthalpi ved dannelse (eller sammenbrudd) av en gitter.

Henvisning:

1. "Lattice Energy." Chem.purdue.edu. Tilgjengelig her 
2.Internasjonal Union for ren og anvendt kjemi. "Solvationsenergi." IUPAC Gold Book - Solvationsenergi. Tilgjengelig her 
3. "Solvation." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 5. mars 2018. Tilgjengelig her

Bilde Courtesy:

1.'Na + H2O'By Taxman (Public Domain) via Commons Wikimedia  
2.'Born-haber syklus LiF'By Jkwchui - Eget arbeid, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia