ความแตกต่างที่สำคัญ – พลังงานการละลายเทียบกับพลังงาน Lattice
พลังงานของการละลายคือการเปลี่ยนแปลงพลังงานกิ๊บส์ของตัวทำละลายเมื่อตัวถูกละลายในตัวทำละลายนั้น พลังงานขัดแตะคือปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการก่อตัวของตาข่ายจากไอออนหรือปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการสลายตาข่าย ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างพลังงานโซลเวชันและพลังงานแลตทิซคือพลังงานโซลเวชันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีเมื่อละลายตัวถูกละลายในตัวทำละลาย ในขณะที่พลังงานแลตทิซจะให้การเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีเมื่อก่อตัว (หรือสลาย) ของโครงตาข่าย
พลังงานการละลายคืออะไร
พลังงานของการละลายคือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์เมื่อไอออนหรือโมเลกุลถูกถ่ายโอนจากสุญญากาศ (หรือเฟสของแก๊ส) ไปยังตัวทำละลาย การละลายคือปฏิกิริยาระหว่างตัวทำละลายกับโมเลกุลหรือไอออนของตัวถูกละลาย ตัวถูกละลายคือสารประกอบที่จะละลายในตัวทำละลาย ตัวทำละลายบางชนิดประกอบด้วยโมเลกุลในขณะที่บางชนิดมีไอออน
ปฏิกิริยาระหว่างตัวทำละลายกับอนุภาคตัวถูกละลายกำหนดคุณสมบัติหลายอย่างของตัวถูกละลาย ตัวอย่าง: ความสามารถในการละลาย การเกิดปฏิกิริยา สี ฯลฯ ในระหว่างกระบวนการของการละลาย อนุภาคที่ถูกละลายจะถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลของตัวทำละลายที่ก่อตัวเป็นเชิงซ้อนของตัวทำละลาย เมื่อตัวทำละลายที่เกี่ยวข้องกับการละลายนี้คือน้ำ กระบวนการนี้เรียกว่าการให้น้ำ
พันธะเคมีและปฏิกิริยาโต้ตอบประเภทต่างๆ เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการละลาย พันธะไฮโดรเจน ปฏิกิริยาระหว่างไอออนกับไดโพล และแรง Van der Waal คุณสมบัติเสริมของตัวทำละลายและตัวถูกละลายจะกำหนดความสามารถในการละลายของตัวถูกละลายในตัวทำละลายตัวอย่างเช่น ขั้วเป็นปัจจัยสำคัญที่กำหนดความสามารถในการละลายของตัวถูกละลายในตัวทำละลาย ตัวละลายแบบมีขั้วละลายได้ดีในตัวทำละลายแบบมีขั้ว ตัวละลายไม่มีขั้วละลายได้ดีในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว แต่ความสามารถในการละลายของตัวถูกละลายในขั้วในตัวทำละลายที่ไม่มีขั้ว (และในทางกลับกัน) นั้นไม่ดี
รูปที่ 01: การละลายของโซเดียมไอออนบวกในน้ำ
เมื่อพูดถึงอุณหพลศาสตร์ การละลายจะเกิดขึ้นได้ (เกิดขึ้นเอง) ก็ต่อเมื่อพลังงานกิ๊บส์ของสารละลายสุดท้ายต่ำกว่าพลังงานกิ๊บส์แต่ละตัวของตัวทำละลายและตัวถูกละลาย ดังนั้นพลังงานกิ๊บส์ฟรีควรเป็นค่าลบ (พลังงานกิ๊บส์ฟรีของระบบควรลดลงหลังจากการก่อตัวของสารละลาย) การแก้ปัญหาประกอบด้วยขั้นตอนที่แตกต่างกันด้วยพลังงานที่แตกต่างกัน
- การก่อตัวของโพรงตัวทำละลายเพื่อให้มีที่ว่างสำหรับตัวถูกละลาย สิ่งนี้ไม่เอื้ออำนวยทางอุณหพลศาสตร์เพราะเมื่อปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลตัวทำละลายลดลง และเอนโทรปีก็ลดลง
- การแยกอนุภาคตัวถูกละลายออกจากกลุ่มก็ไม่เอื้ออำนวยทางเทอร์โมไดนามิกเช่นกัน นั่นเป็นเพราะปฏิกิริยาของตัวถูกละลาย-ตัวถูกละลายลดลง
- ปฏิกิริยาระหว่างตัวถูกละลายกับตัวถูกละลายเกิดขึ้นเมื่อตัวถูกละลายเข้าสู่โพรงตัวทำละลายนั้นเหมาะสมตามหลักเทอร์โมไดนามิก
พลังงานของการละลายยังเป็นที่รู้จักกันในนามเอนทาลปีแห่งการละลาย มีประโยชน์ในการอธิบายการละลายของโครงตาข่ายบางชนิดในตัวทำละลายในขณะที่โครงตาข่ายบางชนิดไม่ละลาย การเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีของสารละลายคือความแตกต่างระหว่างพลังงานของการปล่อยตัวถูกละลายออกจากมวลและการรวมตัวถูกละลายกับตัวทำละลาย ถ้าไอออนมีค่าลบสำหรับการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีของสารละลาย แสดงว่าไอออนมีแนวโน้มที่จะละลายในตัวทำละลายนั้นมากกว่าค่าบวกที่สูงแสดงว่าไอออนมีโอกาสละลายน้อยลง
Lattice Energy คืออะไร
พลังงานขัดแตะเป็นหน่วยวัดพลังงานที่มีอยู่ในตาข่ายผลึกของสารประกอบ เท่ากับพลังงานที่จะถูกปล่อยออกมาหากไอออนของส่วนประกอบถูกนำมารวมกันจากอนันต์ พลังงานขัดแตะของสารประกอบยังสามารถกำหนดเป็นปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการแยกของแข็งไอออนิกออกเป็นอะตอมในเฟสก๊าซ
ของแข็งไอออนิกเป็นสารประกอบที่เสถียรมากเนื่องจากเอนทัลปีของการก่อตัวของโมเลกุลไอออนิกควบคู่ไปกับความเสถียรเนื่องจากพลังงานขัดแตะของโครงสร้างที่เป็นของแข็ง แต่พลังงานขัดแตะไม่สามารถวัดได้ในการทดลอง ดังนั้นจึงใช้วัฏจักร Born-Haber เพื่อกำหนดพลังงานขัดแตะของของแข็งไอออนิก จำเป็นต้องเข้าใจคำศัพท์หลายคำก่อนจะวาดวงจร Born-Haber
- พลังงานไอออไนซ์ – ปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการกำจัดอิเล็กตรอนออกจากอะตอมที่เป็นกลางในก๊าซ
- Electron affinity – ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่ออิเล็กตรอนถูกเติมเข้าไปในอะตอมที่เป็นกลางในก๊าซ
- พลังงานจากการแตกตัว – ปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการแยกสารประกอบออกเป็นอะตอมหรือไอออน
- พลังงานระเหิด – ปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการเปลี่ยนของแข็งให้เป็นไอ
- ความร้อนของการก่อตัว – การเปลี่ยนแปลงของพลังงานเมื่อสารประกอบเกิดจากธาตุ
- กฎของเฮสส์ – กฎหมายที่ระบุว่าการเปลี่ยนแปลงโดยรวมของพลังงานของกระบวนการบางอย่างสามารถกำหนดได้โดยการแยกกระบวนการออกเป็นขั้นตอนต่างๆ
รูปที่ 02: วัฏจักร Born-Haber สำหรับการก่อตัวของลิเธียมฟลูออไรด์ (LiF)
วงจร Born-Haber หาได้จากสมการต่อไปนี้
ความร้อนของการก่อตัว=ความร้อนของการทำให้เป็นละออง + พลังงานการแยกตัว + ผลรวมของพลังงานไอออไนเซชัน + ผลรวมของความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน + พลังงานขัดแตะ
จากนั้นพลังงานขัดแตะของสารประกอบสามารถรับได้โดยการจัดเรียงสมการนี้ใหม่ดังนี้
พลังงานขัดแตะ=ความร้อนของการก่อตัว – {ความร้อนของการทำให้เป็นละออง + พลังงานการแยกตัว + ผลรวมของพลังงานไอออไนเซชัน + ผลรวมของความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอน}
พลังงานจากการละลายและพลังงานขัดแตะต่างกันอย่างไร
พลังงานโซลเวชันเทียบกับพลังงานแลตทิซ |
|
| พลังงานของการละลายคือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกิ๊บส์เมื่อไอออนหรือโมเลกุลถูกถ่ายโอนจากสุญญากาศ (หรือเฟสของก๊าซ) ไปเป็นตัวทำละลาย | พลังงานขัดแตะเป็นหน่วยวัดพลังงานที่มีอยู่ในตาข่ายผลึกของสารประกอบ เท่ากับพลังงานที่จะถูกปล่อยออกมาหากไอออนของส่วนประกอบถูกนำมารวมกันจากอนันต์ |
| หลักการ | |
| พลังงานของการละลายทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปีเมื่อละลายตัวถูกละลายในตัวทำละลาย | พลังงานขัดแตะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปีเมื่อมีการก่อตัว (หรือการแตก) ของโครงตาข่าย |
สรุป – พลังงานการละลายเทียบกับพลังงาน Lattice
พลังงานของการละลายคือการเปลี่ยนแปลงของเอนทัลปีของระบบในระหว่างการละลายของตัวถูกละลายในตัวทำละลาย พลังงานขัดแตะคือปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการก่อตัวของโครงตาข่ายหรือปริมาณพลังงานที่ต้องใช้ในการสลายโครงตาข่าย ความแตกต่างระหว่างพลังงานโซลเวชันและพลังงานแลตทิซคือพลังงานโซลเวชันทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีเมื่อละลายตัวถูกละลายในตัวทำละลาย ในขณะที่พลังงานแลตทิซจะให้การเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีเมื่อก่อตัว (หรือสลาย) ของโครงตาข่าย