Peamine erinevus – lahendusenergia vs võreenergia
Solvatusenergia on lahusti Gibbsi energia muutus, kui lahustunud aine on selles lahustis lahustunud. Võre energia on kas energia hulk, mis vabaneb ioonidest võre moodustumisel, või energia hulk, mis on vajalik võre lagunemiseks. Peamine erinevus solvatatsioonienergia ja võre energia vahel on see, et solvatatsioonienergia annab entalpia muutuse lahustunud aine lahustamisel lahustis, samas kui võre energia annab entalpia muutuse võre moodustumisel (või lagunemisel).
Mis on Solvatsioonienergia?
Solvatusenergia on Gibbsi energia muutus, kui ioon või molekul viiakse vaakumist (või gaasifaasist) üle lahustisse. Solvatatsioon on interaktsioon lahusti ja lahustunud aine molekulide või ioonide vahel. Lahustunud aine on ühend, mis lahustub lahustis. Mõned lahustunud ained koosnevad molekulidest, samas kui mõned sisaldavad ioone.
Lahusti ja lahustunud aine osakeste vastastikmõju määrab ära paljud lahustunud aine omadused. Näiteks: lahustuvus, reaktsioonivõime, värvus jne. Solvatatsiooniprotsessi käigus ümbritsevad lahustunud aine osakesed lahusti molekulid, mis moodustavad solvatatsioonikomplekse. Kui selles solvatatsioonis osalev lahusti on vesi, nimetatakse seda protsessi hüdratatsiooniks.
Solvatatsiooniprotsessi käigus tekivad erinevat tüüpi keemilised sidemed ja vastastikmõjud; vesiniksidemed, ioon-dipool vastastikmõjud ja Van der Waali jõud. Lahusti ja lahustunud aine komplementaarsed omadused määravad lahustunud aine lahustuvuse lahustis. Näiteks on polaarsus peamine tegur, mis määrab lahustunud aine lahustuvuse lahustis. Polaarsed lahustunud ained lahustuvad hästi polaarsetes lahustites. Mittepolaarsed lahustunud ained lahustuvad hästi mittepolaarsetes lahustites. Kuid polaarsete lahustunud ainete lahustuvus mittepolaarsetes lahustites (ja vastupidi) on halb.
Joonis 01: Naatriumkatiooni lahustumine vees
Mis puudutab termodünaamikat, siis lahustumine on võimalik (iseeneslik) ainult siis, kui lõpplahuse Gibbsi energia on väiksem kui lahusti ja lahustunud aine üksikud Gibbsi energiad. Seetõttu peaks Gibbsi vaba energia olema negatiivne (pärast lahuse moodustamist tuleks süsteemi Gibbsi vaba energiat vähendada). Lahendus sisaldab erinevaid samme erineva energiaga.
- Lahusti õõnsuse moodustumine lahustunud ainetele ruumi tegemiseks. See on termodünaamiliselt ebasoodne, sest kui lahusti molekulide vaheline interaktsioon väheneb ja entroopia väheneb.
- Laudunud aineosakeste eraldamine põhimassist on samuti termodünaamiliselt ebasoodne. Selle põhjuseks on asjaolu, et lahustunud aine ja lahustunud aine vastastikmõjud on vähenenud.
- Lahusti ja lahustunud aine vastastikmõju toimub siis, kui lahustunud aine siseneb lahustiõõnde, on termodünaamiliselt soodne.
Solvatatsioonienergiat tuntakse ka kui lahustumise entalpiat. Kasulik on selgitada mõne võre lahustumist lahustites, samas kui mõne võre lahustumist mitte. Lahuse entalpia muutus on lahustunud aine massist vabastamise ja lahustunud aine lahustiga ühendamise energiate erinevus. Kui ioonil on lahuse entalpia muutuse väärtus negatiivne, näitab see, et ioon lahustub selles lahustis tõenäolisem alt. Kõrge positiivne väärtus näitab, et ioon lahustub väiksema tõenäosusega.
Mis on võreenergia?
Võre energia on ühendi kristallvõres sisalduva energia mõõt, mis on võrdne energiaga, mis vabaneks, kui komponentioonid tuuakse kokku lõpmatusest. Ühendi võreenergiat võib defineerida ka kui energiahulka, mis on vajalik ioonse tahke aine lagundamiseks gaasifaasis aatomiteks.
Ioonsed tahked ained on väga stabiilsed ühendid, mis on tingitud ioonsete molekulide moodustumise entalpiast ja tahke struktuuri võreenergiast tingitud stabiilsusest. Kuid võre energiat ei saa eksperimentaalselt mõõta. Seetõttu kasutatakse ioonsete tahkete ainete võreenergia määramiseks Born-Haberi tsüklit. Enne Born-Haberi tsükli joonistamist tuleb mõista mitmeid termineid.
- Ionisatsioonienergia – energia hulk, mis on vajalik elektroni eemaldamiseks gaasilises neutraalsest aatomist
- Elektroni afiinsus – energia hulk, mis vabaneb, kui elektron lisatakse gaasilises neutraalsele aatomile
- Dissotsiatsioonienergia – energia hulk, mis on vajalik ühendi lagunemiseks aatomiteks või ioonideks.
- Sublimatsioonienergia – energiahulk, mis on vajalik tahke aine auruks muutmiseks
- Tekkimissoojus – energia muutus, kui ühend moodustub selle elementidest.
- Hessi seadus – seadus, mis ütleb, et teatud protsessi energia üldist muutust saab määrata protsessi eri etappideks jagamisel.
Joonis 02: Born-Haberi tsükkel liitiumfluoriidi (LiF) moodustamiseks
Born-Haberi tsükli saab esitada järgmise võrrandiga.
Tekkimissoojus=pihustussoojus + dissotsiatsioonienergia + ionisatsioonienergiate summa + elektronide afiinsuste summa + võre energia
Siis saab ühendi võreenergia saada selle võrrandi ümberkorraldamisega järgmiselt.
Võreenergia=moodustumise soojus – {pihustamissoojus + dissotsiatsioonienergia + ionisatsioonienergiate summa + elektronide afiinsuste summa}
Mis vahe on lahendusenergial ja võreenergial?
Lahendusenergia vs võreenergia |
|
| Solvatatsioonienergia on Gibbsi energia muutus, kui ioon või molekul viiakse vaakumist (või gaasifaasist) üle lahustisse. | Võre energia on ühendi kristallvõres sisalduva energia mõõt, mis on võrdne energiaga, mis vabaneks komponentide ioonide ühendamisel lõpmatusest. |
| Põhimõte | |
| Solvatusenergia annab entalpia muutuse lahustunud aine lahustamisel lahustis. | Võre energia annab entalpia muutuse võre tekkimisel (või lagunemisel). |
Kokkuvõte – lahendusenergia vs võreenergia
Solvatatsioonienergia on süsteemi entalpia muutus lahustunud aine lahustumisel lahustis. Võre energia on võre tekkimisel vabanev energia hulk või võre lagunemiseks vajalik energia hulk. Solvatatsioonienergia ja võreenergia erinevus seisneb selles, et solvatatsioonienergia annab entalpia muutuse lahustunud aine lahustamisel lahustis, samas kui võre energia annab entalpia muutuse võre moodustumisel (või lagunemisel).
