Belangrijk verschil - Solvatie-energie versus roosterenergie
Oplossingsenergie is de verandering in de Gibbs-energie van een oplosmiddel wanneer een opgeloste stof in dat oplosmiddel wordt opgelost. Roosterenergie is ofwel de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de vorming van een rooster uit ionen ofwel de hoeveelheid energie die nodig is om een rooster af te breken. Het belangrijkste verschil tussen solvatatie-energie en roosterenergie is dat solvatatie-energie de verandering van enthalpie geeft bij het oplossen van een opgeloste stof in een oplosmiddel, terwijl roosterenergie de verandering van enthalpie geeft bij vorming (of afbraak) van een rooster.
Wat is Solvation Energy?
Oplossingsenergie is de verandering in Gibbs-energie wanneer een ion of molecuul wordt overgebracht van een vacuüm (of de gasfase) naar een oplosmiddel. Solvatie is de interactie tussen een oplosmiddel en moleculen of ionen van een opgeloste stof. De opgeloste stof is de verbinding die in het oplosmiddel zal worden opgelost. Sommige opgeloste stoffen zijn samengesteld uit moleculen, terwijl andere ionen bevatten.
De interactie tussen oplosmiddel en opgeloste stofdeeltjes bepa alt veel van de eigenschappen van een opgeloste stof. Vb: oplosbaarheid, reactiviteit, kleur, enz. Tijdens het solvatatieproces worden opgeloste deeltjes omgeven door oplosmiddelmoleculen die solvatatiecomplexen vormen. Wanneer het oplosmiddel dat bij deze solvatatie betrokken is water is, wordt het proces hydratatie genoemd.
Verschillende soorten chemische bindingen en interacties worden gevormd tijdens het solvatatieproces; waterstofbruggen, ion-dipool interacties en Van der Waal krachten. Complementaire eigenschappen van oplosmiddel en opgeloste stof bepalen de oplosbaarheid van een opgeloste stof in een oplosmiddel. De polariteit is bijvoorbeeld een belangrijke factor die de oplosbaarheid van een opgeloste stof in een oplosmiddel bepa alt. Polaire opgeloste stoffen lossen goed op in polaire oplosmiddelen. Niet-polaire opgeloste stoffen lossen goed op in niet-polaire oplosmiddelen. Maar de oplosbaarheid van polaire opgeloste stoffen in niet-polaire oplosmiddelen (en vice versa) is slecht.
Figuur 01: Oplossen van een natriumkation in water
Als het gaat om thermodynamica, is solvatatie alleen mogelijk (spontaan) als de Gibbs-energie van de uiteindelijke oplossing lager is dan de individuele Gibbs-energieën van oplosmiddel en opgeloste stof. Daarom moet de Gibbs-vrije energie een negatieve waarde zijn (Gibbs-vrije energie van het systeem moet worden verlaagd na de vorming van de oplossing). De solvatatie omvat verschillende stappen met verschillende energieën.
- Vorming van een holte van oplosmiddel om ruimte te maken voor opgeloste stoffen. Dit is thermodynamisch ongunstig omdat wanneer de interacties tussen het oplosmiddelmolecuul worden verminderd en de entropie wordt verlaagd.
- Scheiding van het opgeloste deeltje van de bulk is ook thermodynamisch ongunstig. Dat komt omdat de interacties tussen opgeloste stof en opgeloste stof afnemen.
- De interacties tussen oplosmiddel en opgeloste stof vinden plaats wanneer de opgeloste stof de holte van het oplosmiddel binnenkomt thermodynamisch gunstig is.
Oplossingsenergie is ook bekend als de enthalpie van solvatatie. Het is nuttig om het oplossen van sommige roosters in oplosmiddelen uit te leggen, terwijl sommige roosters dat niet doen. De verandering van enthalpie van oplossing is het verschil tussen energieën van het vrijgeven van een opgeloste stof uit de bulk en het combineren van opgeloste stof met oplosmiddel. Als een ion een negatieve waarde heeft voor de enthalpieverandering van de oplossing, geeft dit aan dat het ion eerder oplost in dat oplosmiddel. Een hoge positieve waarde geeft aan dat het ion minder snel oplost.
Wat is roosterenergie?
Lattice-energie is een maat voor de energie die zich in het kristalrooster van een verbinding bevindt, gelijk aan de energie die zou vrijkomen als de samenstellende ionen vanuit het oneindige zouden worden samengebracht. De roosterenergie van een verbinding kan ook worden gedefinieerd als de hoeveelheid energie die nodig is om een ionische vaste stof in de gasfase af te breken tot zijn atomen.
Ionische vaste stoffen zijn zeer stabiele verbindingen vanwege de enthalpieën van vorming van ionische moleculen, samen met de stabiliteit als gevolg van roosterenergie van de vaste structuur. Maar de roosterenergie kan niet experimenteel worden gemeten. Daarom wordt een Born-Haber-cyclus gebruikt om de roosterenergie van ionische vaste stoffen te bepalen. Er zijn verschillende termen die je moet begrijpen voordat je een Born-Haber-cyclus kunt tekenen.
- Ionisatie-energie – De hoeveelheid energie die nodig is om een elektron te verwijderen van een neutraal atoom in het gasvormige
- Elektronenaffiniteit – De hoeveelheid energie die vrijkomt wanneer een elektron wordt toegevoegd aan een neutraal atoom in het gasvormige
- Dissociatie-energie – De hoeveelheid energie die nodig is om een verbinding op te splitsen in atomen of ionen.
- Sublimatie-energie – De hoeveelheid energie die nodig is om een vaste stof om te zetten in zijn damp
- De vormingswarmte – De verandering in energie wanneer een verbinding wordt gevormd uit zijn elementen.
- De wet van Hess – Een wet die stelt dat de algehele verandering in de energie van een bepaald proces kan worden bepaald door het proces in verschillende stappen op te splitsen.
Figuur 02: De Born-Haber-cyclus voor de vorming van lithiumfluoride (LiF)
De Born-Haber-cyclus kan worden gegeven door de volgende vergelijking.
Vormingswarmte=verstuivingswarmte + dissociatie-energie + som van ionisatie-energieën + som van elektronenaffiniteiten + roosterenergie
Dan kan de roosterenergie van een verbinding worden verkregen door deze vergelijking als volgt te herschikken.
Roosterenergie=vormingswarmte – {vernevelingswarmte + dissociatie-energie + som van ionisatie-energieën + som van elektronenaffiniteiten}
Wat is het verschil tussen Solvation Energy en Lattice Energy?
Oplossingsenergie versus roosterenergie |
|
| Oplossingsenergie is de verandering in Gibbs-energie wanneer een ion of molecuul wordt overgebracht van een vacuüm (of de gasfase) naar een oplosmiddel. | Lattice-energie is een maat voor de energie in het kristalrooster van een verbinding, gelijk aan de energie die zou vrijkomen als de samenstellende ionen vanuit het oneindige bij elkaar zouden worden gebracht. |
| Principe | |
| Oplossingsenergie geeft de verandering van enthalpie bij het oplossen van een opgeloste stof in een oplosmiddel. | Lattice-energie geeft de verandering van enthalpie bij vorming (of afbraak) van een rooster. |
Samenvatting – Solvatie-energie versus roosterenergie
Oplossingsenergie is de verandering van enthalpie van een systeem tijdens het oplossen van een opgeloste stof in een oplosmiddel. Roosterenergie is de hoeveelheid energie die vrijkomt bij de vorming van een rooster of de hoeveelheid energie die nodig is om een rooster af te breken. Het verschil tussen solvatatie-energie en roosterenergie is dat solvatatie-energie de verandering van enthalpie geeft bij het oplossen van een opgeloste stof in een oplosmiddel, terwijl roosterenergie de verandering van enthalpie geeft bij vorming (of afbraak) van een rooster.
