Hauptunterschied – Solvatationsenergie vs. Gitterenergie
Lösungsenergie ist die Änderung der Gibbs-Energie eines Lösungsmittels, wenn ein gelöster Stoff in diesem Lösungsmittel gelöst wird. Gitterenergie ist entweder die Energiemenge, die bei der Bildung eines Gitters aus Ionen freigesetzt wird, oder die Energiemenge, die zum Abbau eines Gitters erforderlich ist. Der Hauptunterschied zwischen Solvatationsenergie und Gitterenergie besteht darin, dass die Solvatationsenergie die Änderung der Enthalpie beim Auflösen eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel angibt, während die Gitterenergie die Änderung der Enthalpie bei der Bildung (oder dem Zusammenbruch) eines Gitters angibt.
Was ist Solvatationsenergie?
Solvatationsenergie ist die Änderung der Gibbs-Energie, wenn ein Ion oder Molekül aus einem Vakuum (oder der Gasphase) in ein Lösungsmittel überführt wird. Solvatation ist die Wechselwirkung zwischen einem Lösungsmittel und Molekülen oder Ionen eines gelösten Stoffes. Der gelöste Stoff ist die Verbindung, die im Lösungsmittel gelöst werden soll. Einige gelöste Stoffe bestehen aus Molekülen, während andere Ionen enth alten.
Die Wechselwirkung zwischen Lösungsmittel und gelösten Partikeln bestimmt viele der Eigenschaften eines gelösten Stoffes. Bsp.: Löslichkeit, Reaktivität, Farbe usw. Während des Solvatationsprozesses werden gelöste Partikel von Lösungsmittelmolekülen umgeben, die Solvatationskomplexe bilden. Wenn das an dieser Solvatation beteiligte Lösungsmittel Wasser ist, wird der Vorgang Hydratation genannt.
Während des Solvatationsprozesses werden verschiedene Arten von chemischen Bindungen und Wechselwirkungen gebildet; Wasserstoffbrückenbindungen, Ion-Dipol-Wechselwirkungen und Van-der-Waal-Kräfte. Komplementäre Eigenschaften von Lösungsmittel und gelöstem Stoff bestimmen die Löslichkeit eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel. Beispielsweise ist die Polarität ein Hauptfaktor, der die Löslichkeit eines gelösten Stoffs in einem Lösungsmittel bestimmt. Polare gelöste Stoffe lösen sich gut in polaren Lösungsmitteln. Unpolare gelöste Stoffe lösen sich gut in unpolaren Lösungsmitteln. Aber die Löslichkeit von polaren gelösten Stoffen in unpolaren Lösungsmitteln (und umgekehrt) ist schlecht.
Abbildung 01: Solvatation eines Natriumkations in Wasser
Aus thermodynamischer Sicht ist die Solvatation (spontan) nur möglich, wenn die Gibbs-Energie der endgültigen Lösung niedriger ist als die einzelnen Gibbs-Energien von Lösungsmittel und gelöstem Stoff. Daher sollte die freie Gibbs-Energie ein negativer Wert sein (die freie Gibbs-Energie des Systems sollte nach der Bildung der Lösung verringert werden). Die Solvatation umfasst verschiedene Schritte mit unterschiedlichen Energien.
- Bildung eines Lösungsmittelhohlraums, um Platz für gelöste Stoffe zu schaffen. Dies ist thermodynamisch ungünstig, denn wenn die Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittelmolekülen verringert werden, verringert sich auch die Entropie.
- Die Trennung des gelösten Teilchens von der Masse ist auch thermodynamisch ungünstig. Das liegt daran, dass die Wechselwirkungen zwischen gelösten Stoffen verringert werden.
- Die Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff, die stattfinden, wenn der gelöste Stoff in den Lösungsmittelhohlraum eintritt, ist thermodynamisch günstig.
Solvatationsenergie wird auch als Solvatationsenthalpie bezeichnet. Es ist nützlich, die Auflösung einiger Gitter in Lösungsmitteln zu erklären, während dies bei einigen Gittern nicht der Fall ist. Die Änderung der Lösungsenthalpie ist der Unterschied zwischen den Energien der Freisetzung eines gelösten Stoffes aus der Masse und der Kombination des gelösten Stoffes mit dem Lösungsmittel. Wenn ein Ion einen negativen Wert für die Enthalpieänderung der Lösung hat, zeigt dies an, dass sich das Ion eher in diesem Lösungsmittel löst. Ein hoher positiver Wert zeigt an, dass sich das Ion weniger wahrscheinlich auflöst.
Was ist Gitterenergie?
Gitterenergie ist ein Maß für die Energie, die im Kristallgitter einer Verbindung enth alten ist, und entspricht der Energie, die freigesetzt würde, wenn die Ionen der Komponenten aus dem Unendlichen zusammengebracht würden. Die Gitterenergie einer Verbindung kann auch als die Energiemenge definiert werden, die erforderlich ist, um einen ionischen Festkörper in der Gasphase in seine Atome zu zerlegen.
Ionische Festkörper sind aufgrund der Bildungsenthalpien ionischer Moleküle zusammen mit der Stabilität aufgrund der Gitterenergie der Festkörperstruktur sehr stabile Verbindungen. Aber die Gitterenergie kann nicht experimentell gemessen werden. Daher wird ein Born-Haber-Zyklus verwendet, um die Gitterenergie von ionischen Festkörpern zu bestimmen. Vor dem Zeichnen eines Born-Haber-Zyklus müssen einige Begriffe verstanden werden.
- Ionisationsenergie – Die Energiemenge, die erforderlich ist, um ein Elektron von einem neutralen Atom in der Gasphase zu entfernen
- Elektronenaffinität – Die Energiemenge, die freigesetzt wird, wenn ein Elektron zu einem neutralen Atom in der Gasphase hinzugefügt wird
- Dissoziationsenergie – Die Energiemenge, die erforderlich ist, um eine Verbindung in Atome oder Ionen zu zerlegen.
- Sublimationsenergie – Die Energiemenge, die erforderlich ist, um einen Feststoff in seinen Dampf umzuwandeln
- Bildungswärme – Die Energieänderung bei der Bildung einer Verbindung aus ihren Elementen.
- Hesssches Gesetz – Ein Gesetz, das besagt, dass die Gesamtänderung der Energie eines bestimmten Prozesses bestimmt werden kann, indem der Prozess in verschiedene Schritte unterteilt wird.
Abbildung 02: Der Born-Haber-Zyklus zur Bildung von Lithiumfluorid (LiF)
Der Born-Haber-Zyklus kann durch die folgende Gleichung angegeben werden.
Bildungswärme=Atomisierungswärme + Dissoziationsenergie + Summe der Ionisierungsenergien + Summe der Elektronenaffinitäten + Gitterenergie
Dann kann die Gitterenergie einer Verbindung durch Umstellen dieser Gleichung wie folgt erh alten werden.
Gitterenergie=Bildungswärme – {Zerstäubungswärme + Dissoziationsenergie + Summe der Ionisierungsenergien + Summe der Elektronenaffinitäten}
Was ist der Unterschied zwischen Solvatationsenergie und Gitterenergie?
Solvationsenergie vs. Gitterenergie |
|
| Solvatationsenergie ist die Änderung der Gibbs-Energie, wenn ein Ion oder Molekül aus einem Vakuum (oder der Gasphase) in ein Lösungsmittel überführt wird. | Gitterenergie ist ein Maß für die Energie, die im Kristallgitter einer Verbindung enth alten ist, und entspricht der Energie, die freigesetzt würde, wenn die Ionen der Komponenten aus dem Unendlichen zusammengebracht würden. |
| Prinzip | |
| Die Lösungsenergie gibt die Enthalpieänderung beim Auflösen eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel an. | Gitterenergie gibt die Enthalpieänderung beim Aufbau (oder Zusammenbruch) eines Gitters an. |
Zusammenfassung – Solvatationsenergie vs. Gitterenergie
Solvatationsenergie ist die Enthalpieänderung eines Systems während der Solvatation eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel. Gitterenergie ist die Energiemenge, die während der Bildung eines Gitters freigesetzt wird, oder die Energiemenge, die zum Abbau eines Gitters erforderlich ist. Der Unterschied zwischen Solvatationsenergie und Gitterenergie besteht darin, dass die Solvatationsenergie die Enthalpieänderung beim Auflösen eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel angibt, während die Gitterenergie die Enthalpieänderung bei der Bildung (oder dem Zusammenbruch) eines Gitters angibt.
