Ποια είναι η σχέση μεταξύ πλέγματος ενέργειας ενυδάτωσης και ενθαλπίας του διαλύματος;

Η σχέση μεταξύ της ενέργειας ενυδάτωσης, της ενθαλπίας πλέγματος και της ενθαλπίας του διαλύματος μπορεί να περιγραφεί ως εξής:

Ενθαλπία διαλύματος (ΔH soln ): Αυτή είναι η αλλαγή ενθαλπίας που εμφανίζεται όταν ένα μοσχάρι διαλυμένης ουσίας διαλύεται σε έναν διαλύτη για να σχηματίσει ένα απείρως αραιωμένο διάλυμα.

Ενθαλπία πλέγματος (ΔH πλέγμα ): Αυτή είναι η αλλαγή ενθαλπίας που εμφανίζεται όταν ένα γραμμομόριο μιας στερεής ιοντικής ένωσης διαχωρίζεται στα αέρια της ιόντα. Είναι πάντα θετική επειδή η ενέργεια απαιτείται για να ξεπεραστεί οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις που συγκρατούν τα ιόντα στο κρυσταλλικό πλέγμα.

Ενθαλπία ενυδάτωσης (ΔH HYD ): Αυτή είναι η αλλαγή ενθαλπίας που συμβαίνει όταν ένα μολύβι αέριων ιόντων διαλύεται στο νερό για να σχηματίσει ενυδατωμένα ιόντα. Είναι συνήθως αρνητικό επειδή η ενέργεια απελευθερώνεται όταν τα ιόντα αλληλεπιδρούν με τα πολικά μόρια νερού.

Η σχέση:

Η ενθαλπία του διαλύματος είναι το άθροισμα της ενθαλπίας πλέγματος και της ενυδάτωσης ενθαλπίας:

ΔH soln =ΔH πλέγμα + ΔH hyd

Επεξήγηση:

* Όταν η ενθαλπία πλέγματος είναι μεγαλύτερη από την ενθαλπία ενυδάτωσης (ΔΗ <υπο -> πλέγμα > ΔH hyd ): Η διαδικασία διάλυσης είναι ενδοθερμική (ΔH soln > 0), που σημαίνει ότι η θερμότητα απορροφάται από το περιβάλλον. Αυτό συνήθως παρατηρείται για ενώσεις με ισχυρούς ιοντικούς δεσμούς και σχετικά αδύναμη ενέργεια ενυδάτωσης, όπως αλκαλικά αλογονίδια.

* Όταν η ενθαλπία ενυδάτωσης είναι μεγαλύτερη από την ενθαλπία πλέγματος (ΔH HYD > ΔH πλέγμα ): Η διαδικασία διάλυσης είναι εξωθερμική (ΔH soln <0), που σημαίνει ότι η θερμότητα απελευθερώνεται στο περιβάλλον. Αυτό συνήθως παρατηρείται για ενώσεις με ισχυρή ενέργεια ενυδάτωσης και σχετικά ασθενέστερους ιοντικούς δεσμούς, όπως πολλά άλατα που περιέχουν μικρά υψηλό φορτισμένα ιόντα.

Παράδειγμα:

Εξετάστε τη διάλυση του χλωριούχου νατρίου (NaCl) στο νερό:

* Ενθαλπία πλέγματος (ΔH πλέγμα ): +787 kJ/mol (ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει το κρυσταλλικό πλέγμα)

* Ενθαλπία ενυδάτωσης (ΔH HYD ): -783 kJ/mol (ενέργεια που απελευθερώνεται όταν ενυδατωθούν τα ιόντα)

Ενθαλπία διαλύματος (ΔH soln ): +787 kJ/mol +(-783 kJ/mol) =+4 kJ/mol

Δεδομένου ότι η ενθαλπία του διαλύματος είναι ελαφρώς θετική, η διάλυση του NaCl στο νερό είναι ελαφρώς ενδοθερμική.

Σημαντικές σημειώσεις:

* Η ενυδάτωση εξαρτάται από το μέγεθος και τη φόρτιση των ιόντων. Τα μικρότερα και εξαιρετικά φορτισμένα ιόντα έχουν μεγαλύτερη ενυδάτωση.

* Η ενθαλπία του διαλύματος μπορεί επίσης να επηρεαστεί από παράγοντες όπως η θερμοκρασία και η πίεση του διαλύματος.

* Αυτή η απλοποιημένη σχέση υποθέτει ότι οι μόνες αλληλεπιδράσεις που εμφανίζονται είναι μεταξύ των ιόντων και των μορίων νερού. Στην πραγματικότητα, άλλες αλληλεπιδράσεις μπορούν επίσης να συμβάλουν στη συνολική αλλαγή ενθαλπίας.

Η κατανόηση της σχέσης μεταξύ αυτών των τριών ενθαλπιών συμβάλλει στην πρόβλεψη της διαλυτότητας των ιοντικών ενώσεων και να εξηγηθεί οι μεταβολές της θερμότητας που παρατηρήθηκαν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας διάλυσης.