Негізгі айырмашылық – шешу энергиясы мен тор энергиясы
Еріту энергиясы – еріген зат сол еріткіште еріген кездегі еріткіштің Гиббс энергиясының өзгеруі. Тор энергиясы деп не тордың түзілуі кезінде иондардан бөлінетін энергия мөлшері немесе торды ыдыратуға қажет энергия мөлшері болып табылады. Сольвация энергиясы мен тор энергиясының негізгі айырмашылығы мынада: еріген затты еріткіште еріткен кезде сольвация энергиясы энтальпияның өзгеруін береді, ал тор энергиясы тордың пайда болуы (немесе ыдырауы) кезіндегі энтальпияның өзгеруін береді.
Шешім энергиясы дегеніміз не?
Солвация энергиясы – ион немесе молекула вакуумнан (немесе газ фазасынан) еріткішке ауысқанда Гиббс энергиясының өзгеруі. Еріту – еріткіш пен еріген заттың молекулалары немесе иондары арасындағы әрекеттесу. Еріген зат - еріткіште ерітілетін қосылыс. Кейбір еріген заттар молекулалардан, ал кейбіреулерінде иондар бар.
Еріткіш пен еріген зат бөлшектері арасындағы әрекеттесу еріген заттың көптеген қасиеттерін анықтайды. Мысалы: ерігіштік, реактивтілік, түс және т.б. Еріту процесі кезінде еріген заттың бөлшектері еріткіш молекулаларымен қоршалып, сольватациялық комплекстер түзеді. Бұл ерітіндіге қатысатын еріткіш су болса, процесс гидратация деп аталады.
Солвация процесінде әртүрлі химиялық байланыстар мен өзара әрекеттесулер түзіледі; сутектік байланыстар, ион-дипольдық әрекеттесулер және Ван-дер-Вааль күштері. Еріткіш пен еріген заттың қосымша қасиеттері еріген заттың еріткіште ерігіштігін анықтайды. Мысалы, полярлық еріген заттың еріткіште ерігіштігін анықтайтын негізгі фактор болып табылады. Полярлы еріткіштер полярлы еріткіштерде жақсы ериді. Полярлы емес еріткіштер полярлы емес еріткіштерде жақсы ериді. Бірақ полярлы еріткіштердің полярлы емес еріткіштерде ерігіштігі (және керісінше) нашар.
01-сурет: натрий катионының судағы ерітіндісі
Термодинамикаға келетін болсақ, соңғы ерітіндінің Гиббс энергиясы еріткіш пен еріген заттың жеке Гиббс энергияларынан төмен болған жағдайда ғана шешу мүмкін болады (стихиялы). Сондықтан Гиббстің бос энергиясы теріс мән болуы керек (ерітінді түзілгеннен кейін жүйенің Гиббс бос энергиясы азаюы керек). Шешім әртүрлі энергиямен әртүрлі қадамдарды қамтиды.
- Ерітінділерге орын жасау үшін еріткіш қуысының түзілуі. Бұл термодинамикалық жағынан қолайсыз, өйткені еріткіш молекуласы арасындағы өзара әрекеттесу азайса, ал энтропия төмендейді.
- Еріген заттың массадан бөлінуі термодинамикалық жағынан да қолайсыз. Себебі еріген зат пен еріген заттың әрекеттесулері төмендейді.
- Еріткіш пен еріген заттың әрекеттесулері еріген зат еріткіш қуысына термодинамикалық тұрғыдан қолайлы түскенде орын алады.
Шешу энергиясы солватация энтальпиясы ретінде де белгілі. Кейбір торлардың еріткіштерде еруін түсіндіру пайдалы, ал кейбір торларда ерімейді. Ерітінді энтальпиясының өзгеруі деп еріген затты массадан шығару және еріген затты еріткішпен біріктіру энергияларының айырмашылығын айтады. Егер ион ерітіндінің энтальпиясының өзгеруі үшін теріс мәнге ие болса, бұл ионның сол еріткіште еру ықтималдығы жоғары екенін көрсетеді. Жоғары оң мән ионның еру ықтималдығы аз екенін көрсетеді.
Тор энергиясы дегеніміз не?
Тор энергиясы – қосылыстың кристалдық торындағы энергияның өлшемі, құрамдас иондарды шексіздіктен біріктіргенде бөлінетін энергияға тең. Қосылыстың тор энергиясын иондық қатты затты газ фазасында атомдарына ыдыратуға қажетті энергия мөлшері ретінде де анықтауға болады.
Иондық қатты заттар қатты құрылымның торлық энергиясының тұрақтылығымен қатар иондық молекулалардың түзілу энтальпияларына байланысты өте тұрақты қосылыстар болып табылады. Бірақ тордың энергиясын эксперименттік түрде өлшеу мүмкін емес. Сондықтан иондық қатты заттардың тор энергиясын анықтау үшін Борн-Хабер циклі қолданылады. Born-Haber циклін салмас бұрын бірнеше терминді түсіну керек.
- Иондану энергиясы – газ тәрізді бейтарап атомнан электронды шығаруға қажетті энергия мөлшері
- Электронға жақындық – газ тәрізді бейтарап атомға электрон қосқанда бөлінетін энергия мөлшері
- Диссоциация энергиясы – қосылысты атомдарға немесе иондарға ыдырату үшін қажетті энергия мөлшері.
- Сублимация энергиясы – Қатты затты оның буына айналдыру үшін қажетті энергия мөлшері
- Түзілу жылуы – оның элементтерінен қосылыс түзілген кездегі энергияның өзгеруі.
- Гесс заңы – Белгілі бір процестің энергиясының жалпы өзгерісін процесті әртүрлі қадамдарға бөлу арқылы анықтауға болатынын көрсететін заң.
02-сурет: Литий фторидінің (LiF) түзілуіне арналған Борн-Хабер циклі
Борн-Хабер циклін келесі теңдеу арқылы беруге болады.
Түзілу жылуы=атомдану жылуы + диссоциациялану энергиясы + иондану энергияларының қосындысы + электрон сәйкестіктерінің қосындысы + тор энергиясы
Онда қосылыстың тор энергиясын осы теңдеуді келесідей қайта орналастыру арқылы алуға болады.
Тор энергиясы=түзілу жылуы – {атомдану жылуы + диссоциациялану энергиясы + иондану энергияларының қосындысы + электрон жақындықтарының қосындысы}
Шешім энергиясы мен тор энергиясының айырмашылығы неде?
Солвация энергиясы және тор энергиясы |
|
| Солвация энергиясы – ион немесе молекула вакуумнан (немесе газ фазасынан) еріткішке ауысқан кездегі Гиббс энергиясының өзгеруі. | Тор энергиясы – қосылыстың кристалдық торындағы энергияның өлшемі, құрамдас иондарды шексіздіктен біріктіргенде бөлінетін энергияға тең. |
| Принцип | |
| Еріту энергиясы еріген затты еріткіште еріткен кездегі энтальпияның өзгеруін береді. | Тор энергиясы тордың пайда болуы (немесе ыдырауы) кезіндегі энтальпияның өзгеруін береді. |
Қорытынды – Шешім энергиясы және тор энергиясы
Еріту энергиясы – еріткіште еріген затты шешу кезінде жүйе энтальпиясының өзгеруі. Тор энергиясы - тордың пайда болуы кезінде бөлінетін энергия мөлшері немесе торды ыдыратуға қажет энергия мөлшері. Сольвация энергиясы мен тор энергиясының айырмашылығы сольвация энергиясы еріген затты еріткіште еріткен кезде энтальпияның өзгеруін береді, ал тордың энергиясы тордың пайда болуы (немесе ыдырауы) кезіндегі энтальпияның өзгеруін береді.
