Հիմնական տարբերություն – Լուծման էներգիա ընդդեմ ցանցային էներգիա
Լուծման էներգիան լուծիչի Գիբսի էներգիայի փոփոխությունն է, երբ լուծվող նյութը լուծվում է այդ լուծիչում: Ցանցային էներգիան կա՛մ էներգիայի քանակն է, որն ազատվում է իոններից վանդակի ձևավորման ժամանակ, կա՛մ այն էներգիայի քանակն է, որն անհրաժեշտ է ցանցը քայքայելու համար: Լուծման էներգիայի և ցանցի էներգիայի հիմնական տարբերությունն այն է, որ լուծույթի էներգիան տալիս է էնթալպիայի փոփոխություն լուծիչի մեջ լուծվող նյութը լուծելիս, մինչդեռ ցանցի էներգիան տալիս է էնթալպիայի փոփոխությունը ցանցի ձևավորման (կամ քայքայման) ժամանակ::
Ի՞նչ է Լուծման էներգիան:
Լուծման էներգիան Գիբսի էներգիայի փոփոխությունն է, երբ իոնը կամ մոլեկուլը վակուումից (կամ գազային փուլից) տեղափոխվում է լուծիչ։ Լուծումը լուծիչի և լուծվող նյութի մոլեկուլների կամ իոնների փոխազդեցությունն է։ Լուծված նյութը այն միացությունն է, որը պատրաստվում է լուծել լուծիչում: Որոշ լուծված նյութեր կազմված են մոլեկուլներից, մինչդեռ որոշները պարունակում են իոններ:
Լուծվող նյութի մասնիկների փոխազդեցությունը որոշում է լուծվող նյութի շատ հատկություններ: Օրինակ՝ լուծելիություն, ռեակտիվություն, գույն և այլն: Լուծման գործընթացում լուծվող նյութի մասնիկները շրջապատված են լուծիչի մոլեկուլներով՝ ձևավորելով լուծույթային բարդույթներ: Երբ այս լուծույթում ներգրավված լուծիչը ջուրն է, գործընթացը կոչվում է հիդրացիա:
Լուծման գործընթացում ձևավորվում են տարբեր տեսակի քիմիական կապեր և փոխազդեցություններ. ջրածնային կապեր, իոն-դիպոլ փոխազդեցություններ և Վան դեր Վաալի ուժեր։ Լուծվող նյութի և լուծվող նյութի կոմպլեմենտար հատկությունները որոշում են լուծվող նյութի լուծելիությունը լուծույթում:Օրինակ, բևեռականությունը հիմնական գործոնն է, որը որոշում է լուծվող նյութի լուծելիությունը լուծիչում: Բևեռային լուծույթները լավ են լուծվում բևեռային լուծիչների մեջ: Ոչ բևեռային լուծույթները լավ են լուծվում ոչ բևեռ լուծիչներում: Բայց բևեռային լուծույթների լուծելիությունը ոչ բևեռային լուծիչներում (և հակառակը) վատ է։
Նկար 01. Նատրիումի կատիոնի լուծումը ջրում
Երբ խոսքը վերաբերում է թերմոդինամիկային, լուծումը հնարավոր է (ինքնաբուխ) միայն այն դեպքում, եթե վերջնական լուծույթի Գիբսի էներգիան ավելի ցածր է լուծիչի և լուծվող նյութի առանձին Գիբսի էներգիաներից: Հետևաբար, Գիբսի ազատ էներգիան պետք է լինի բացասական արժեք (լուծույթի ձևավորումից հետո համակարգի Գիբսի ազատ էներգիան պետք է կրճատվի): Լուծումը ներառում է տարբեր քայլեր՝ տարբեր էներգիաներով։
- Լուծիչի խոռոչի ձևավորում՝ լուծվող նյութերի համար տարածություն ստեղծելու համար: Սա թերմոդինամիկորեն անբարենպաստ է, քանի որ երբ լուծիչի մոլեկուլների միջև փոխազդեցությունը նվազում է, և էնտրոպիան նվազում է:
- Լուծված նյութի մասնիկի առանձնացումը զանգվածից նույնպես թերմոդինամիկորեն անբարենպաստ է: Դա պայմանավորված է նրանով, որ լուծված նյութի փոխազդեցությունը նվազում է:
- Վճարիչ-լուծված նյութ փոխազդեցությունները տեղի են ունենում, երբ լուծվող նյութը մտնում է լուծիչի խոռոչ, թերմոդինամիկորեն բարենպաստ է:
Լուծման էներգիան հայտնի է նաև որպես լուծույթի էթալպիա: Օգտակար է բացատրել որոշ ցանցերի լուծարումը լուծիչներում, մինչդեռ որոշ վանդակավորներ՝ ոչ: Լուծույթի էթալպիայի փոփոխությունը տարբերությունն է լուծված նյութը զանգվածից ազատելու և լուծվող նյութը լուծիչի հետ համակցելու էներգիաների միջև: Եթե իոնը բացասական արժեք ունի լուծույթի էթալպիական փոփոխության համար, դա ցույց է տալիս, որ իոնն ավելի հավանական է լուծելու այդ լուծիչում:Բարձր դրական արժեքը ցույց է տալիս, որ իոնն ավելի քիչ հավանական է լուծարվի:
Ի՞նչ է ցանցի էներգիան:
Ցանցային էներգիան միացության բյուրեղային ցանցում պարունակվող էներգիայի չափումն է, որը հավասար է այն էներգիային, որը կթողարկվի, եթե բաղադրիչ իոնները միացվեն անսահմանությունից: Միացության ցանցի էներգիան կարող է նաև սահմանվել որպես էներգիայի քանակություն, որն անհրաժեշտ է իոնային պինդը գազային փուլում իր ատոմների մեջ բաժանելու համար:
Իոնային պինդները շատ կայուն միացություններ են՝ պայմանավորված իոնային մոլեկուլների առաջացման էնթալպիայով, պինդ կառուցվածքի ցանցային էներգիայի շնորհիվ կայունությամբ: Բայց ցանցի էներգիան չի կարող փորձարարական չափվել: Հետևաբար, Born-Haber ցիկլը օգտագործվում է իոնային պինդ մարմինների ցանցի էներգիան որոշելու համար։ Բորն-Հաբեր ցիկլը նկարելուց առաջ անհրաժեշտ է հասկանալ մի քանի տերմիններ:
- Իոնացման էներգիա – էներգիայի քանակը, որն անհրաժեշտ է գազային նյութում չեզոք ատոմից էլեկտրոն հեռացնելու համար
- Էլեկտրոնների մերձեցում – էներգիայի քանակությունը, որն ազատվում է, երբ էլեկտրոն ավելացվում է գազային նյութի չեզոք ատոմին
- Դիսոցացման էներգիա – էներգիայի քանակությունը, որն անհրաժեշտ է միացությունը ատոմների կամ իոնների բաժանելու համար:
- Սուբլիմացիայի էներգիա – էներգիայի քանակը, որն անհրաժեշտ է պինդ նյութը գոլորշու վերածելու համար
- Ձևավորման ջերմություն – էներգիայի փոփոխություն, երբ միացությունը ձևավորվում է նրա տարրերից:
- Հեսսի օրենք – Օրենք, որն ասում է, որ որոշակի գործընթացի էներգիայի ընդհանուր փոփոխությունը կարող է որոշվել՝ գործընթացը բաժանելով տարբեր փուլերի:
Նկար 02. Born-Haber ցիկլը լիթիումի ֆտորիդի (LiF) ձևավորման համար
Բորն-Հաբեր ցիկլը կարող է տրվել հետևյալ հավասարմամբ:
|
Այնուհետև միացության ցանցի էներգիան կարելի է ստանալ՝ վերադասավորելով այս հավասարումը հետևյալ կերպ։
Ցանցային էներգիա=առաջացման ջերմություն – {ատոմացման ջերմություն + դիսոցման էներգիա + իոնացման էներգիաների գումար + էլեկտրոնների հարաբերակցությունների գումար}
Ո՞րն է տարբերությունը Լուծման էներգիայի և ցանցային էներգիայի միջև:
Լուծման էներգիա ընդդեմ ցանցային էներգիա |
|
| Լուծման էներգիան Գիբսի էներգիայի փոփոխությունն է, երբ իոնը կամ մոլեկուլը վակուումից (կամ գազային փուլից) տեղափոխվում է լուծիչ: | Ցանցային էներգիան միացության բյուրեղային ցանցում պարունակվող էներգիայի չափումն է, որը հավասար է այն էներգիային, որը կթողարկվի, եթե բաղադրիչ իոնները միացվեն անսահմանությունից: |
| Սկզբունք | |
| Լուծման էներգիան տալիս է էթալպիայի փոփոխություն՝ լուծվող նյութը լուծույթում լուծելիս: | Ցանցային էներգիան տալիս է էնթալպիայի փոփոխությունը ցանցի ձևավորման (կամ քայքայման) ժամանակ: |
Ամփոփում – Լուծման էներգիա ընդդեմ ցանցային էներգիա
Լուծման էներգիան համակարգի էթալպիայի փոփոխությունն է լուծվող նյութի լուծույթում լուծելու ժամանակ։ Ցանցային էներգիան վանդակի ձևավորման ընթացքում արձակված էներգիայի քանակն է կամ վանդակը քայքայելու համար պահանջվող էներգիայի քանակությունը: Լուծման էներգիայի և ցանցի էներգիայի միջև տարբերությունն այն է, որ լուծույթի էներգիան տալիս է էթալպիայի փոփոխություն, երբ լուծվող նյութը լուծվում է լուծիչում, մինչդեռ ցանցի էներգիան տալիս է էնթալպիայի փոփոխությունը ցանցի ձևավորման (կամ քայքայման) ժամանակ::
