Unterschied zwischen Solvationsenergie und Gitterenergie

Hauptunterschied - Solvationsenergie vs Gitter Energie
 

Solvationsenergie ist die Änderung der Gibbs-Energie eines Lösungsmittels, wenn ein gelöster Stoff in diesem Lösungsmittel gelöst wird. Gitterenergie ist entweder die Energiemenge, die während der Bildung eines Gitters aus Ionen freigesetzt wird, oder die Energiemenge, die zum Zerlegen eines Gitters erforderlich ist. Das Hauptunterschied zwischen Solvatationsenergie und Gitternergie ist das Solvatationsenergie bewirkt die Änderung der Enthalpie beim Auflösen eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel, während die Gitterenergie die Änderung der Enthalpie bei der Bildung (oder dem Zusammenbruch) eines Gitters bewirkt.

INHALT

1. Übersicht und Schlüsseldifferenz
2. Was ist Solvationsenergie?
3. Was ist die Gitterenergie?
4. Side-by-Side-Vergleich - Solvation Energy vs Lattice Energy in Tabellenform
5. Zusammenfassung

Was ist Solvationsenergie??

Solvationsenergie ist die Änderung der Gibbs-Energie, wenn ein Ion oder Molekül aus einem Vakuum (oder der Gasphase) in ein Lösungsmittel übertragen wird. Lösung ist die Wechselwirkung zwischen einem Lösungsmittel und Molekülen oder Ionen eines gelösten Stoffes. Der gelöste Stoff ist die Verbindung, die in dem Lösungsmittel gelöst wird. Einige gelöste Stoffe bestehen aus Molekülen, während andere Ionen enthalten.

Die Wechselwirkung zwischen Lösungsmittel- und gelösten Teilchen bestimmt viele Eigenschaften eines gelösten Stoffes. Bsp .: Löslichkeit, Reaktivität, Farbe usw. Während des Solvatierungsprozesses werden gelöste Partikel von Lösungsmittelmolekülen umgeben, die Solvatationskomplexe bilden. Wenn das Lösungsmittel, das an dieser Solvatisierung beteiligt ist, Wasser ist, spricht man von Hydratation.

Während des Solvatationsprozesses werden verschiedene Arten von chemischen Bindungen und Wechselwirkungen gebildet. Wasserstoffbrückenbindungen, Ion-Dipol-Wechselwirkungen und Van-der-Waal-Kräfte. Komplementäre Eigenschaften des Lösungsmittels und des gelösten Stoffes bestimmen die Löslichkeit eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel. Beispielsweise ist die Polarität ein Hauptfaktor, der die Löslichkeit eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel bestimmt. Polare gelöste Stoffe lösen sich gut in polaren Lösungsmitteln. Unpolare gelöste Stoffe lösen sich gut in unpolaren Lösungsmitteln. Die Löslichkeit von polaren gelösten Stoffen in unpolaren Lösungsmitteln (und umgekehrt) ist jedoch schlecht.

Abbildung 01: Lösen eines Natriumkations in Wasser

Wenn es um die Thermodynamik geht, ist die Solvatation (spontan) nur möglich, wenn die Gibbs-Energie der Endlösung niedriger ist als die einzelnen Gibbs-Energien von Lösungsmittel und gelöstem Stoff. Daher sollte die freie Gibbs-Energie einen negativen Wert haben (die Gibbs-freie Energie des Systems sollte nach der Bildung der Lösung verringert werden). Die Solvatisierung umfasst verschiedene Schritte mit unterschiedlichen Energien.

1. Bildung eines Hohlraums aus Lösungsmittel, um Raum für gelöste Stoffe zu schaffen. Dies ist thermodynamisch ungünstig, weil dann die Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittelmolekülen und die Entropie abnehmen.
2. Die Trennung des gelösten Partikels von der Masse ist auch thermodynamisch ungünstig. Dies liegt daran, dass die Wechselwirkungen zwischen gelöstem und gelöstem Stoff abnehmen.
3. Die Wechselwirkungen zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff finden statt, wenn der gelöste Stoff in den Lösungsmittelhohlraum eintritt, was thermodynamisch günstig ist.

Solvationsenergie wird auch als Solvatationsenthalpie bezeichnet. Es ist nützlich, die Auflösung einiger Gitter in Lösungsmitteln zu erklären, während andere Gitter dies nicht tun. Die Änderung der Enthalpie der Lösung 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 Enthalpiewechsel der Lösung hat, deutet dies darauf hin, dass sich das Ion eher in diesem Lösungsmittel löst. Ein hoher positiver Wert zeigt an, dass sich das Ion weniger wahrscheinlich auflöst.

Was ist die Gitterenergie??

Gitterenergie ist ein Maß für die Energie, die in dem Kristallgitter einer Verbindung enthalten ist, gleich der Energie, die freigesetzt würde, wenn die Komponentenionen aus dem Unendlichen zusammengebracht würden. Die Gitterenergie einer Verbindung kann auch als die Energiemenge definiert werden, die erforderlich ist, um einen ionischen Feststoff in seine Atome in der Gasphase abzubauen.

 Ionische Feststoffe sind sehr stabile Verbindungen aufgrund der Enthalpien der Bildung ionischer Moleküle zusammen mit der Stabilität aufgrund der Gitterenergie der Festkörperstruktur. Die Gitterenergie kann jedoch nicht experimentell gemessen werden. A Born-Haber-Zyklus wird zur Bestimmung der Gitterenergie von ionischen Festkörpern verwendet. Vor dem Zeichnen eines Born-Haber-Zyklus müssen mehrere Begriffe verstanden werden.

1. Ionisierungsenergie - Die Energiemenge, die erforderlich ist, um ein Elektron aus einem neutralen Atom im Gas zu entfernen
2. Elektronenaffinität - Die Energiemenge, die freigesetzt wird, wenn ein Elektron einem neutralen Atom in der Gasphase hinzugefügt wird
3. Dissoziationsenergie - Die Energiemenge, die erforderlich ist, um eine Verbindung in Atome oder Ionen zu zerlegen.
4. Sublimationsenergie - Die Energiemenge, die erforderlich ist, um einen Feststoff in seinen Dampf umzuwandeln
5. Die Bildungswärme - Die Änderung der Energie, wenn eine Verbindung aus ihren Elementen gebildet wird.
6. Hess'sches Gesetz - Ein Gesetz, das besagt, dass die allgemeine Änderung 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 = Zerstäubungswärme + Dissoziationsenergie + Summe der Ionisierungsenergien + Summe der Elektronenaffinitäten + Gitterenergie

Dann kann die Gitterenergie einer Verbindung erhalten werden, indem diese Gleichung wie folgt umgestellt wird.

Gitterenergie = Bildungswärme - Zerstäubungswärme + Dissoziationsenergie + Summe der Ionisierungsenergien + Summe der Elektronenaffinitäten

Was ist der Unterschied zwischen Solvationsenergie und Gitterenergie?

Solvationsenergie gegen Gitterenergie
Solvationsenergie ist die Änderung der Gibbs-Energie, wenn ein Ion oder Molekül aus einem Vakuum (oder der Gasphase) in ein Lösungsmittel übertragen wird.	Gitterenergie ist ein Maß für die Energie, die in dem Kristallgitter einer Verbindung enthalten ist, gleich der Energie, die freigesetzt würde, wenn die Komponentenionen aus dem Unendlichen zusammengebracht würden.
Prinzip
Solvationsenergie bewirkt die Änderung der Enthalpie beim Auflösen eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel.	Gitterenergie gibt die Änderung der Enthalpie bei der Bildung (oder dem Zusammenbruch) eines Gitters an.

Zusammenfassung - Solvationsenergie vs Gitter Energie

Solvationsenergie ist die Änderung der Enthalpie eines Systems während der Solvatation eines gelösten Stoffes in einem Lösungsmittel. Gitternergie ist die Menge an Energie, die während der Bildung eines Gitters freigesetzt wird, oder die Menge an Energie, die erforderlich ist, um ein Gitter abzubauen. Der Unterschied zwischen Solvatisierungsenergie und Gitternergie ist, dass die Solvatisierungsenergie die Änderung der Enthalpie bewirkt, wenn ein gelöster Stoff in einem Lösungsmittel gelöst wird, während die Gitterenergie die Änderung der Enthalpie bei der Bildung (oder dem Zusammenbruch) eines Gitters bewirkt.

Referenz:

1. "Gitter-Energie". Chem.purdue.edu. Hier verfügbar 
2.Internationale Union für reine und angewandte Chemie. "Solvationsenergie". IUPAC Gold Book - Solvatationsenergie. Hier verfügbar 
3. "Solvation". Wikipedia, Wikimedia Foundation, 5. März 2018. Hier verfügbar

Bildhöflichkeit:

1.'Na + H2O'By Taxman (Public Domain) über Commons Wikimedia  
2. 'Born-haber-Zyklus LiF'By Jkwchui - Eigene Arbeit, (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia