Anahtar Fark – Çözülme Enerjisi ve Kafes Enerjisi
Çözülme enerjisi, bir çözücü içinde bir çözünen çözündüğünde o çözücünün Gibbs enerjisindeki değişimdir. Kafes enerjisi, bir kafesin oluşumu sırasında iyonlardan salınan enerji miktarı veya bir kafesin parçalanması için gereken enerji miktarıdır. Solvasyon enerjisi ile kafes enerjisi arasındaki temel fark, solvasyon enerjisinin bir çözücü içinde bir çözünen maddeyi çözerken entalpi değişimini verirken, kafes enerjisi bir kafesin oluşumu (veya bozulması) sırasındaki entalpi değişimini verir.
Çözüm Enerjisi Nedir?
Çözülme enerjisi, bir iyon veya molekül bir vakumdan (veya gaz fazından) bir çözücüye aktarıldığında Gibbs enerjisindeki değişimdir. Solvasyon, bir çözücü ile bir çözünenin molekülleri veya iyonları arasındaki etkileşimdir. Çözünen, çözücü içinde çözülecek olan bileşiktir. Bazı çözünenler moleküllerden oluşurken bazıları iyon içerir.
Çözücü ve çözünen parçacıklar arasındaki etkileşim, bir çözünen maddenin birçok özelliğini belirler. Ör: çözünürlük, reaktivite, renk, vb. Çözme işlemi sırasında, çözünen partiküller, solvasyon kompleksleri oluşturan çözücü molekülleri ile çevrilidir. Bu çözülmede yer alan çözücü su olduğunda, işleme hidrasyon denir.
Çözme işlemi sırasında farklı kimyasal bağlar ve etkileşimler oluşur; hidrojen bağları, iyon-dipol etkileşimleri ve Van der Waal kuvvetleri. Çözücü ve çözünenin tamamlayıcı özellikleri, bir çözünen maddenin bir çözücü içindeki çözünürlüğünü belirler. Örneğin, polarite, bir çözücüde çözünen maddenin çözünürlüğünü belirleyen önemli bir faktördür. Polar çözünenler polar çözücülerde iyi çözünür. Polar olmayan çözücüler, polar olmayan çözücülerde iyi çözünür. Ancak polar çözünenlerin polar olmayan çözücülerdeki çözünürlüğü (ve tersi) zayıftır.
Şekil 01: Bir Sodyum Katyonunun Suda Çözülmesi
Termodinamik söz konusu olduğunda, çözme (kendiliğinden) ancak nihai çözeltinin Gibbs enerjisi, çözücü ve çözünenin ayrı Gibbs enerjilerinden düşükse mümkündür. Bu nedenle Gibbs serbest enerjisi negatif bir değer olmalıdır (çözelti oluştuktan sonra sistemin Gibbs serbest enerjisi az altılmalıdır). Çözüm, farklı enerjilere sahip farklı adımlar içerir.
- Çözünenlere yer açmak için bir çözücü boşluğunun oluşumu. Bu termodinamik olarak elverişsizdir çünkü solvent molekülü arasındaki etkileşimler azaldığında ve entropi azaldığında.
- Çözünen parçacığın kütleden ayrılması da termodinamik olarak elverişsizdir. Bunun nedeni, çözünen-çözünen etkileşimlerinin azalmasıdır.
- Çözücü-çözünen etkileşimleri, çözünen çözücü boşluğuna girdiğinde gerçekleşir, termodinamik olarak uygundur.
Çözülme enerjisi aynı zamanda çözülmenin entalpisi olarak da bilinir. Bazı kafeslerin çözücülerde çözünmesini bazı kafeslerin çözmediğini açıklamakta fayda var. Çözeltinin entalpisinin değişimi, bir çözünenin yığından salınması ile çözünen ile çözücünün birleştirilmesi arasındaki enerjiler arasındaki farktır. Bir iyon, çözeltinin entalpi değişimi için negatif bir değere sahipse, iyonun o çözücüde çözünme olasılığının daha yüksek olduğunu gösterir. Yüksek bir pozitif değer, iyonun çözülme olasılığının daha düşük olduğunu gösterir.
Kafes Enerjisi Nedir?
Kafes enerjisi, bir bileşiğin kristal kafesinde bulunan enerjinin bir ölçüsüdür ve bileşen iyonları sonsuzdan bir araya getirildiğinde serbest bırakılacak enerjiye eşittir. Bir bileşiğin kafes enerjisi, gaz halindeki iyonik bir katıyı atomlarına parçalamak için gereken enerji miktarı olarak da tanımlanabilir.
İyonik katılar, katı yapının kafes enerjisinden kaynaklanan kararlılıkla birlikte iyonik moleküllerin oluşum entalpileri nedeniyle çok kararlı bileşiklerdir. Ancak kafes enerjisi deneysel olarak ölçülemez. Bu nedenle, iyonik katıların kafes enerjisini belirlemek için bir Born-Haber döngüsü kullanılır. Bir Born-Haber döngüsü çizmeden önce anlaşılması gereken birkaç terim vardır.
- İyonlaşma enerjisi – Gaz halindeki nötr bir atomdan bir elektron koparmak için gereken enerji miktarı
- Elektron ilgisi – Gaz halindeki nötr bir atoma bir elektron eklendiğinde salınan enerji miktarı
- Ayrılma enerjisi – Bir bileşiği atomlara veya iyonlara ayırmak için gereken enerji miktarı.
- Süblimleşme enerjisi – Bir katıyı buharına dönüştürmek için gereken enerji miktarı
- Oluşturma ısısı – Bir bileşik, elementlerinden oluştuğunda enerjideki değişim.
- Hess yasası – Belirli bir sürecin enerjisindeki genel değişimin, süreci farklı adımlara bölerek belirlenebileceğini belirten bir yasa.
Şekil 02: Lityum florür (LiF) oluşumu için Born-Haber döngüsü
Doğum-Haber döngüsü aşağıdaki denklemle verilebilir.
Oluşma ısısı=atomizasyon ısısı + Ayrışma enerjisi + iyonlaşma enerjilerinin toplamı + elektron ilgilerinin toplamı + kafes enerjisi
O zaman bir bileşiğin kafes enerjisi, bu denklem aşağıdaki gibi yeniden düzenlenerek elde edilebilir.
Kafes enerjisi=oluşum ısısı – {atomizasyon ısısı + Ayrışma enerjisi + iyonlaşma enerjilerinin toplamı + elektron ilgilerinin toplamı}
Çözülme Enerjisi ile Kafes Enerjisi Arasındaki Fark Nedir?
Çözüm Enerjisi vs Kafes Enerjisi |
|
| Çözülme enerjisi, bir iyon veya molekül bir vakumdan (veya gaz fazından) bir çözücüye aktarıldığında Gibbs enerjisindeki değişimdir. | Kafes enerjisi, bir bileşiğin kristal kafesinde bulunan enerjinin bir ölçüsüdür ve bileşen iyonları sonsuzdan bir araya getirilirse salınacak enerjiye eşittir. |
| İlke | |
| Çözülme enerjisi, bir çözücü içinde bir çözünen çözülürken entalpi değişimini verir. | Kafes enerjisi, bir kafesin oluşumu (veya bozulması) sırasındaki entalpi değişimini verir. |
Özet – Çözülme Enerjisi vs Kafes Enerjisi
Çözülme enerjisi, bir çözünen maddenin bir çözücü içinde çözülmesi sırasında bir sistemin entalpisinin değişimidir. Kafes enerjisi, bir kafesin oluşumu sırasında açığa çıkan enerji miktarı veya bir kafesin parçalanması için gereken enerji miktarıdır. Çözülme enerjisi ile kafes enerjisi arasındaki fark, solvasyon enerjisinin bir çözünen maddeyi bir çözücü içinde çözerken entalpi değişimini verirken, kafes enerjisi bir kafesin oluşumu (veya parçalanması) sırasında entalpi değişimini vermesidir.
