Sự khác biệt giữa năng lượng hòa tan và năng lượng mạng

Sự khác biệt chính - Năng lượng hòa tan đấu với Năng lượng mạng tinh thể
 

Năng lượng hòa tan là sự thay đổi năng lượng Gibbs của dung môi khi 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 lượng năng lượng cần thiết để phá vỡ mạng tinh thể. Các sự khác biệt chính giữa năng lượng hòa tan và năng lượng mạng là năng lượng hòa tan tạo ra sự thay đổi entanpi khi hòa tan chất tan trong dung môi trong khi năng lượng mạng tạo ra sự thay đổi entanpi khi hình thành (hoặc phá vỡ) mạng tinh thể.

NỘI DUNG

1. Tổng quan và sự khác biệt chính
2. Năng lượng hòa tan là gì
3. Năng lượng mạng là gì
4. So sánh cạnh nhau - Năng lượng hòa tan so với năng lượng mạng ở dạng bảng
5. Tóm tắt

Năng lượng hòa tan là gì?

Năng lượng hòa tan 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 hòa tan gồm các phân tử trong khi một số có chứa các ion.

Sự tương tác giữa các hạt dung môi và chất tan xác định nhiều tính chất của chất tan. Vd: độ hòa tan, độ phản ứng, màu sắc, v.v ... Trong quá trình hòa tan, các hạt hòa tan được bao quanh bởi các phân tử dung môi tạo thành phức chất hòa tan. Khi dung môi tham gia vào quá trình hòa tan này là nước, quá trình này được gọi là hydrat hóa.

Các loại liên kết hóa học và tương tác khác nhau được hình thành trong quá trình hòa tan; liên kết hydro, tương tác ion-lưỡng cực và lực Van der Waal. Tính chất bổ sung của dung môi và chất tan xác định độ hòa tan của chất tan trong dung môi. Ví dụ, độ phân cực là yếu tố chính quyết định độ hòa tan của chất tan trong dung môi. Các chất tan cực hòa tan tốt trong dung môi phân cực. Các chất tan không phân cực hòa tan tốt trong dung môi không phân cực. Nhưng độ hòa tan của các chất tan cực trong dung môi không phân cực (và ngược lại) là kém.

Hình 01: Sự hòa tan của một cation natri trong nước

Khi nói đến nhiệt động lực học, sự hòa tan chỉ có thể (tự phát) nếu năng lượng Gibbs của dung dịch cuối cùng thấp hơn năng lượng Gibbs riêng 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 thống nên được giảm sau khi hình thành giải pháp). Sự hòa tan bao gồm các bước khác nhau với năng lượng khác nhau.

1. Hình thành một khoang dung môi để tạo không gian cho các chất hòa tan. Điều này không thuận lợi về mặt nhiệt động vì khi tương tác giữa các phân tử dung môi giảm và entropy bị giảm.
2. Việc tách hạt chất tan ra khỏi khối cũng không thuận lợi về mặt nhiệt động. Đó là bởi vì các tương tác chất tan-chất tan bị giảm.
3. Các tương tác chất tan trong dung môi diễn ra khi chất tan đi vào khoang dung môi thuận lợi về mặt nhiệt động.

Năng lượng hòa tan còn được gọi là entanpy của sự hòa tan. Nó rất hữu ích để giải thích sự hòa tan của một số mạng trong dung môi trong khi một số mạng thì không. Sự thay đổi entanpy của dung dịch là sự khác biệt giữa năng lượng giải phóng chất tan từ khối và kết hợp chất tan với dung môi. Nếu một ion có giá trị âm cho sự thay đổi entanpy của dung dịch, nó chỉ ra rằng ion có khả năng hòa tan trong dung môi đó. Giá trị dương cao cho thấy rằng ion ít có khả năng hòa tan.

Năng lượng mạng là gì?

Năng lượng mạng là thước đo năng lượng chứa trong mạng tinh thể của hợp chất, bằng với năng lượng sẽ được giải phóng nếu các ion thành phần được kết hợp từ vô cực. Năng lượng mạng tinh thể của một hợp chất cũng có thể được định nghĩa là lượng năng lượng cần thiết để phá vỡ một chất rắn ion thành các nguyên tử của nó trong pha khí.

 Chất rắn ion là các hợp chất rất ổn định do sự hình thành các phân tử ion cùng với sự ổn định do năng lượng mạng tinh thể của cấu trúc rắn. Nhưng năng lượng mạng không thể đo được bằng thực nghiệm. Do đó, một Chu kỳ sinh ra được sử dụng để xác định năng lượng mạng của chất rắn ion. Có một số thuật ngữ cần được hiểu trước khi vẽ chu trình Sinh ra.

1. Năng lượng ion hóa - Lượng năng lượng cần thiết để loại bỏ electron khỏi nguyên tử trung tính trong khí
2. Ái lực điện tử - Lượng năng lượng được giải phóng khi một electron được thêm vào một nguyên tử trung tính trong khí
3. Năng lượng phân ly - Lượng năng lượng cần thiết để phá vỡ một hợp chất thành các nguyên tử hoặc ion.
4. Năng lượng thăng hoa - Lượng năng lượng cần thiết để chuyển chất rắn thành hơi của nó
5. Sức nóng của sự hình thành - Sự thay đổi năng lượng khi một hợp chất được hình thành từ các nguyên tố của nó.
6. Định luật Hess - Một luật quy định 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 ra để tạo ra lithium fluoride (LiF)

Chu trình Sinh ra có thể được đưa ra theo phương trình sau.

Nhiệt hình thành = nhiệt nguyên tử hóa + năng lượng phân ly + tổng năng lượng ion hóa + tổng ái lực electron + năng lượng mạng tinh thể

Sau đó, năng lượng mạng của hợp chất có thể thu được bằng cách sắp xếp lại phương trình này như sau.

Năng lượng mạng = nhiệt của sự hình thành - nhiệt của nguyên tử hóa + năng lượng phân ly + tổng năng lượng ion hóa + tổng các ái lực điện tử

Sự khác biệt giữa năng lượng hòa tan và năng lượng mạng?

Năng lượng hòa tan so với năng lượng mạng
Năng lượng hòa tan là sự thay đổi năng lượng Gibbs khi 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 hợp chất, bằng với năng lượng sẽ được giải phóng nếu các ion thành phần được kết hợp từ vô cực.
Nguyên tắc
Năng lượng hòa tan tạo ra sự thay đổi entanpi khi hòa tan chất tan trong dung môi.	Năng lượng mạng cho sự thay đổi của entanpy khi hình thành (hoặc phá vỡ) mạng tinh thể.

Tóm lược - Năng lượng hòa tan đấu với Năng lượng mạng tinh thể

Năng lượng hòa tan là sự thay đổi entanpi của một hệ trong quá trình hòa tan chất tan trong dung môi. Năng lượng mạng là lượng năng lượng được giải phóng trong quá trình hình thành mạng tinh thể hoặc lượng năng lượng cần thiết để phá vỡ 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 entanpi khi hòa tan chất tan trong dung môi trong khi năng lượng mạng tạo ra sự thay đổi entanpi khi hình thành (hoặc phá vỡ) mạng tinh thể.

Tài liệu tham khảo:

1. Năng lượng mạng tinh thể. chem.purdue.edu. Có sẵn ở đây 
2. Liên minh quốc tế về hóa học tinh khiết và ứng dụng. Năng lượng Solvation. Sách vàng IUPAC - năng lượng hòa tan. Có sẵn ở đây 
3. Solvation. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 5 tháng 3 năm 2018. Có sẵn tại đây

Hình ảnh lịch sự:

1.'Na + H2O'By Taxman (Miền công cộng) qua Commons Wikimedia  
2.'Born-haber chu kỳ LiF'By Jkwchui - Công việc riêng, (CC BY-SA 3.0) qua Commons Wikimedia