Sự khác biệt chính - Năng lượng Solvation và Năng lượng mạng lưới
Năng lượng hóa giải là sự thay đổi năng lượng Gibbs của dung môi khi một chất tan được hòa tan trong dung môi đó. Năng lượng mạng là lượng năng lượng được giải phóng trong quá trình hình thành mạng tinh thể từ các ion hoặc năng lượng cần thiết để phá vỡ mạng tinh thể. Sự khác biệt cơ bản giữa năng lượng hòa tan và năng lượng mạng là năng lượng hòa tan tạo ra sự thay đổi của entanpi khi hòa tan một chất tan trong dung môi trong khi năng lượng mạng tinh thể cung cấp sự thay đổi của entanpi khi hình thành (hoặc phá vỡ) mạng tinh thể.
Năng lượng giải quyết là gì?
Năng lượng hóa giải là sự thay đổi năng lượng Gibbs khi một ion hoặc phân tử được chuyển từ chân không (hoặc pha khí) sang dung môi. Sự hòa tan là sự tương tác giữa dung môi và các phân tử hoặc ion của chất tan. Chất tan là hợp chất sẽ được hòa tan trong dung môi. Một số chất tan bao gồm các phân tử trong khi một số chứa các ion.
Tương tác giữa dung môi và các hạt chất tan quyết định nhiều tính chất của chất tan. Ví dụ: độ tan, khả năng phản ứng, màu sắc,… Trong quá trình hòa tan, các phần tử chất tan được bao quanh bởi các phân tử dung môi tạo thành phức chất hòa tan. Khi dung môi tham gia vào quá trình solvat hóa này là nước, quá trình này được gọi là quá trình hydrat hóa.
Các loại liên kết và tương tác hóa học khác nhau được hình thành trong quá trình solvat hóa; liên kết hydro, tương tác ion-lưỡng cực và lực Van der Waal. Tính chất bổ sung của dung môi và chất tan quyết định khả năng hòa tan của một chất tan trong dung môi. Ví dụ, độ phân cực là yếu tố chính quyết định khả năng hòa tan của một chất tan trong dung môi. Chất tan phân cực tan tốt trong dung môi phân cực. Chất tan không phân cực tan tốt trong dung môi không phân cực. Nhưng khả năng hòa tan của các chất tan phân cực trong dung môi không phân cực (và ngược lại) là kém.
Hình 01: Quá trình hòa tan Cation Natri trong nước
Khi nói đến nhiệt động lực học, quá trình solvat hóa chỉ có thể xảy ra (tự phát) nếu năng lượng Gibbs của dung dịch cuối cùng thấp hơn năng lượng Gibbs riêng lẻ của dung môi và chất tan. Do đó, năng lượng tự do Gibbs phải là một giá trị âm (năng lượng tự do Gibbs của hệ sẽ bị giảm sau khi tạo thành dung dịch). Giải pháp bao gồm các bước khác nhau với các năng lượng khác nhau.
- Hình thành khoang chứa dung môi để tạo khoảng trống cho các chất hòa tan. Điều này không thuận lợi về mặt nhiệt động lực học vì khi tương tác giữa các phân tử dung môi bị giảm, và giảm entropi.
- Việc tách hạt chất tan ra khỏi khối cũng không thuận lợi về mặt nhiệt động lực học. Đó là do sự tương tác giữa chất tan và chất tan bị giảm xuống.
- Tương tác giữa dung môi và chất tan diễn ra khi chất tan đi vào khoang dung môi thuận lợi về mặt nhiệt động lực học.
Năng lượng hóa giải còn được gọi là entanpi của quá trình hóa giải. Rất hữu ích để giải thích sự hòa tan của một số mạng tinh thể trong dung môi trong khi một số mạng tinh thể thì không. Sự thay đổi entanpi của dung dịch là sự khác biệt giữa năng lượng giải phóng một chất tan từ khối lượng lớn và kết hợp chất tan với dung môi. Nếu một ion có giá trị âm đối với sự thay đổi entanpi của dung dịch, điều đó cho thấy rằng ion đó có nhiều khả năng bị hòa tan trong dung môi đó. Giá trị dương cao cho thấy ion ít có khả năng bị hòa tan.
Năng lượng mạng là gì?
Năng lượng mạng là đơn vị đo năng lượng chứa trong mạng tinh thể của một hợp chất, bằng với năng lượng sẽ được giải phóng nếu các ion thành phần xích lại gần nhau từ vô cùng. Năng lượng mạng tinh thể của một hợp chất cũng có thể được định nghĩa là lượng năng lượng cần thiết để phân hủy một chất rắn ion thành các nguyên tử của nó ở pha khí.
Chất rắn ion là những hợp chất rất bền do sự hình thành entanpi của các phân tử ion cùng với sự ổn định do năng lượng mạng của cấu trúc chất rắn. Nhưng năng lượng mạng tinh thể không thể đo được bằng thực nghiệm. Do đó, chu trình Born-Haber được sử dụng để xác định năng lượng mạng tinh thể của chất rắn ion. Có một số thuật ngữ cần phải hiểu trước khi vẽ một chu kỳ Sinh-Haber.
- Năng lượng ion hóa - Lượng năng lượng cần thiết để loại bỏ một điện tử khỏi nguyên tử trung hòa ở thể khí
- Ái lực electron - Lượng năng lượng được giải phóng khi một electron được thêm vào một nguyên tử trung hòa ở thể khí
- Năng lượng phân ly - Lượng năng lượng cần thiết để phân tách một hợp chất thành nguyên tử hoặc ion.
- Năng lượng thăng hoa - Lượng năng lượng cần thiết để chuyển một chất rắn thành hơi
- Nhiệt hình thành - Sự thay đổi năng lượng khi một hợp chất được hình thành từ các nguyên tố của nó.
- Hess’s law - Luật nói rằng sự thay đổi tổng thể về năng lượng của một quá trình nhất định có thể được xác định bằng cách chia quá trình thành các bước khác nhau.
Hình 02: Chu trình Sinh-Haber hình thành liti florua (LiF)
Chu trình Sinh-Haber có thể được cho bởi phương trình sau.
Nhiệt hình thành=nhiệt nguyên tử hóa + Năng lượng phân ly + tổng năng lượng ion hóa + tổng liên kết electron + năng lượng mạng tinh thể
Sau đó, năng lượng mạng tinh thể của một hợp chất có thể thu được bằng cách sắp xếp lại phương trình này như sau.
Năng lượng mạng=nhiệt hình thành - {nhiệt nguyên tử hóa + Năng lượng phân ly + tổng năng lượng ion hóa + tổng liên kết electron}
Sự khác biệt giữa Năng lượng Solvation và Năng lượng mạng là gì?
Năng lượng Solvation vs Năng lượng mạng lưới |
|
| Năng lượng hóa giải là sự thay đổi năng lượng Gibbs khi một ion hoặc phân tử được chuyển từ chân không (hoặc pha khí) sang dung môi. | Năng lượng mạng là thước đo năng lượng chứa trong mạng tinh thể của một hợp chất, bằng với năng lượng sẽ được giải phóng nếu các ion thành phần được đưa lại gần nhau từ vô cùng. |
| Nguyên tắc | |
| Năng lượng hóa giải cho sự thay đổi của entanpi khi hòa tan một chất tan trong dung môi. | Năng lượng mạng cho sự thay đổi của entanpi khi hình thành (hoặc phá vỡ) mạng tinh thể. |
Tóm tắt - Năng lượng Hóa giải và Năng lượng Mạng lưới
Năng lượng hóa giải là sự thay đổi entanpi của một hệ trong quá trình hòa tan một chất tan trong dung môi. Năng lượng mạng là lượng năng lượng được giải phóng trong quá trình hình thành mạng tinh thể hoặc năng lượng cần thiết để phá vỡ một mạng tinh thể. Sự khác biệt giữa năng lượng hòa tan và năng lượng mạng là năng lượng hòa tan tạo ra sự thay đổi của entanpi khi hòa tan một chất tan trong dung môi trong khi năng lượng mạng cho sự thay đổi của entanpi khi hình thành (hoặc phá vỡ) mạng tinh thể.
