تفاوت کلیدی - انرژی حل در مقابل انرژی شبکه
انرژی حلال عبارت است از تغییر انرژی گیبس یک حلال هنگامی که یک املاح در آن حلال حل می شود. انرژی شبکه یا مقدار انرژی آزاد شده در طول تشکیل یک شبکه از یون ها یا مقدار انرژی مورد نیاز برای شکستن شبکه است. تفاوت کلیدی بین انرژی حلالیت و انرژی شبکه این است که انرژی حلالیت باعث تغییر آنتالپی در هنگام حل شدن یک املاح در یک حلال می شود در حالی که انرژی شبکه باعث تغییر آنتالپی در هنگام تشکیل (یا تجزیه) شبکه می شود.
انرژی حلالیت چیست؟
انرژی حلالیت تغییر در انرژی گیبس هنگام انتقال یک یون یا مولکول از خلاء (یا فاز گاز) به یک حلال است. حلالیت برهمکنش بین یک حلال و مولکول ها یا یون های یک املاح است. املاح ترکیبی است که قرار است در حلال حل شود. برخی از املاح از مولکول‌ها تشکیل شده‌اند در حالی که برخی حاوی یون هستند.
برهمکنش بین ذرات حلال و املاح تعیین کننده بسیاری از خواص یک املاح است. به عنوان مثال: انحلال پذیری، واکنش پذیری، رنگ، و غیره. در طول فرآیند حلالیت، ذرات املاح توسط مولکول های حلال احاطه می شوند و مجتمع های حلال سازی را تشکیل می دهند. هنگامی که حلال درگیر در این حلالیت آب باشد، این فرآیند هیدراتاسیون نامیده می شود.
انواع مختلفی از پیوندهای شیمیایی و فعل و انفعالات در طول فرآیند حلال سازی تشکیل می شوند. پیوندهای هیدروژنی، برهمکنش های یون-دوقطبی و نیروهای واندروال. خواص مکمل حلال و املاح تعیین کننده حلالیت یک املاح در حلال است.به عنوان مثال، قطبیت عامل اصلی تعیین کننده حلالیت یک املاح در یک حلال است. املاح قطبی به خوبی در حلال های قطبی حل می شوند. املاح غیرقطبی به خوبی در حلال های غیر قطبی حل می شوند. اما حلالیت املاح قطبی در حلال های غیرقطبی (و بالعکس) ضعیف است.
شکل 01: حل کاتیون سدیم در آب
وقتی صحبت از ترمودینامیک به میان می‌آید، حل‌پذیری (خود به خود) تنها در صورتی امکان‌پذیر است که انرژی گیبس محلول نهایی کمتر از انرژی گیبس منفرد حلال و املاح باشد. بنابراین، انرژی آزاد گیبس باید یک مقدار منفی باشد (انرژی آزاد گیبس سیستم باید پس از تشکیل محلول کاهش یابد). حل‌سازی شامل مراحل مختلف با انرژی‌های متفاوت است.
- تشکیل حفره ای از حلال برای ایجاد فضا برای املاح. این از نظر ترمودینامیکی نامطلوب است زیرا هنگامی که برهمکنش بین مولکول حلال کاهش می یابد و آنتروپی کاهش می یابد.
- جداسازی ذره املاح از توده نیز از نظر ترمودینامیکی نامطلوب است. این به این دلیل است که فعل و انفعالات املاح و املاح کاهش یافته است.
- فعل و انفعالات حلال و املاح زمانی رخ می دهد که املاح وارد حفره حلال شود از نظر ترمودینامیکی مطلوب است.
انرژی حلالیت به عنوان آنتالپی حلالیت نیز شناخته می شود. توضیح انحلال برخی از شبکه ها در حلال ها مفید است در حالی که برخی از شبکه ها اینطور نیستند. تغییر آنتالپی محلول تفاوت بین انرژی رهاسازی یک املاح از توده و ترکیب املاح با حلال است. اگر یک یون مقدار منفی برای تغییر آنتالپی محلول داشته باشد، نشان می دهد که احتمال حل شدن یون در آن حلال بیشتر است.یک مقدار مثبت بالا نشان می دهد که احتمال انحلال یون کمتر است.
انرژی شبکه چیست؟
انرژی شبکه اندازه گیری انرژی موجود در شبکه بلوری یک ترکیب است، برابر با انرژی ای که اگر یون های جزء از بی نهایت با هم جمع شوند، آزاد می شود. انرژی شبکه یک ترکیب را می توان به عنوان مقدار انرژی مورد نیاز برای تجزیه یک جامد یونی به اتم های آن در فاز گازی نیز تعریف کرد.
جامدات یونی به دلیل آنتالپی های تشکیل مولکول های یونی همراه با پایداری ناشی از انرژی شبکه ساختار جامد، ترکیبات بسیار پایداری هستند. اما انرژی شبکه را نمی توان به صورت تجربی اندازه گیری کرد. بنابراین برای تعیین انرژی شبکه جامدات یونی از چرخه Born-Haber استفاده می شود. قبل از ترسیم چرخه Born-Haber باید چندین اصطلاح درک شود.
- انرژی یونیزاسیون - مقدار انرژی مورد نیاز برای حذف یک الکترون از یک اتم خنثی در گاز
- میل الکترونی - مقدار انرژی که با اضافه شدن یک الکترون به یک اتم خنثی در گاز آزاد می شود
- انرژی تفکیک - مقدار انرژی مورد نیاز برای تجزیه یک ترکیب به اتم یا یون.
- انرژی تصعید - مقدار انرژی مورد نیاز برای تبدیل یک جامد به بخار آن
- گرمای تشکیل - تغییر انرژی هنگامی که ترکیبی از عناصر آن تشکیل می شود.
- قانون هس - قانونی که بیان می کند که تغییر کلی در انرژی یک فرآیند خاص را می توان با تقسیم فرآیند به مراحل مختلف تعیین کرد.
شکل 02: چرخه Born-Haber برای تشکیل لیتیوم فلوراید (LiF)
چرخه Born-Haber را می توان با معادله زیر به دست آورد.
گرمای تشکیل=گرمای اتمیزه شدن + انرژی تفکیک + مجموع انرژی های یونیزاسیون + مجموع قرابت های الکترون + انرژی شبکه
سپس انرژی شبکه یک ترکیب را می توان با تنظیم مجدد این معادله به صورت زیر به دست آورد.
انرژی شبکه=گرمای تشکیل - {حرارت اتمیزه شدن + انرژی تفکیک + مجموع انرژی های یونیزاسیون + مجموع قرابت های الکترون}
تفاوت بین انرژی حلالیت و انرژی شبکه چیست؟
انرژی حل در مقابل انرژی شبکه |
|
| انرژی حلال عبارت است از تغییر در انرژی گیبس هنگامی که یک یون یا مولکول از خلاء (یا فاز گاز) به یک حلال منتقل می شود. | انرژی شبکه اندازه گیری انرژی موجود در شبکه بلوری یک ترکیب است، برابر با انرژی که اگر یون های جزء از بی نهایت با هم جمع شوند آزاد می شود. |
| اصل | |
| انرژی محلول باعث تغییر آنتالپی در هنگام حل شدن یک املاح در یک حلال می شود. | انرژی شبکه باعث تغییر آنتالپی در هنگام تشکیل (یا شکست) یک شبکه می شود. |
خلاصه - انرژی حل در برابر انرژی شبکه
انرژی حلال عبارت است از تغییر آنتالپی یک سیستم در حین حل شدن یک ماده حل شده در یک حلال. انرژی شبکه مقدار انرژی آزاد شده در طول تشکیل یک شبکه یا مقدار انرژی مورد نیاز برای شکستن شبکه است. تفاوت بین انرژی حلالیت و انرژی شبکه در این است که انرژی حلالیت باعث تغییر آنتالپی در هنگام حل شدن یک املاح در یک حلال می شود در حالی که انرژی شبکه باعث تغییر آنتالپی در هنگام تشکیل (یا تجزیه) شبکه می شود.
