הבדל מפתח – אנרגיית פתרון מול אנרגיית סריג
אנרגיית הממס היא השינוי באנרגיית הגיבס של ממס כאשר מומס מומס באותו ממס. אנרגיית הסריג היא כמות האנרגיה המשתחררת במהלך היווצרות הסריג מיונים או כמות האנרגיה הנדרשת לפירוק הסריג. ההבדל העיקרי בין אנרגיית פתרון לאנרגיית סריג הוא שאנרגיית פתרון נותנת את השינוי באנתלפיה בעת המסת מומס בממס ואילו אנרגיית הסריג נותנת את השינוי באנטלפיה בעת היווצרות (או פירוק) של סריג.
מהי אנרגיית פתרון?
אנרגיית הפתרון היא השינוי באנרגיה של גיבס כאשר יון או מולקולה מועברים מוואקום (או משלב הגז) לממס. פתרון הוא האינטראקציה בין ממס לבין מולקולות או יונים של מומס. המומס הוא התרכובת שעומדת להיות מומסת בממס. כמה מומסים מורכבים ממולקולות בעוד שחלקם מכילים יונים.
האינטראקציה בין חלקיקי ממס ומומסים קובעת רבות מהתכונות של מומס. לדוגמה: מסיסות, תגובתיות, צבע וכו'. במהלך תהליך הפתרון, חלקיקים מומסים מוקפים במולקולות ממס היוצרות קומפלקסים של פתרון. כאשר הממס המעורב בפתרון זה הוא מים, התהליך נקרא הידרציה.
סוגים שונים של קשרים ואינטראקציות כימיות נוצרים במהלך תהליך הפתרון; קשרי מימן, אינטראקציות יון-דיפול וכוחות ואן דר ואל. תכונות משלימות של ממס ומומס קובעות את מסיסותו של מומס בממס.לדוגמה, הקוטביות היא גורם מרכזי שקובע את מסיסותו של מומס בממס. מומסים קוטביים מתמוססים היטב בממיסים קוטביים. מומסים לא קוטביים מתמוססים היטב בממסים לא קוטביים. אבל המסיסות של מומסים קוטביים בממסים לא קוטביים (ולהיפך) היא ירודה.
איור 01: פתרון של קטיון נתרן במים
כשזה מגיע לתרמודינמיקה, הפתרון אפשרי (ספונטני) רק אם אנרגיית הגיבס של התמיסה הסופית נמוכה מהאנרגיות הבודדות של גיבס של ממס ומומס. לכן, האנרגיה החופשית של Gibbs צריכה להיות ערך שלילי (האנרגיה החופשית של Gibbs של המערכת צריכה להיות מופחתת לאחר היווצרות התמיסה). הפתרון כולל שלבים שונים עם אנרגיות שונות.
- יצירת חלל של ממס כדי לפנות מקום למומסים. זה לא חיובי מבחינה תרמודינמית מכיוון שכאשר האינטראקציות בין מולקולת הממס יורדות, והאנטרופיה יורדת.
- הפרדה של החלקיק המומס מחלק הארי גם היא לא חיובית מבחינה תרמודינמית. הסיבה לכך היא שהאינטראקציות של מומס ומומס פחתו.
- האינטראקציות ממס-מומס מתרחשות כאשר מומס נכנס לחלל הממס הוא חיובי מבחינה תרמודינמית.
אנרגיית הפתרון ידועה גם בתור האנטלפיה של הפתרון. כדאי להסביר את הפירוק של סריג מסויים בממסים בעוד שסרגים מסוימים לא. השינוי באנתלפיה של תמיסה הוא ההבדל בין אנרגיות של שחרור מומס מכמות גדולה לבין שילוב מומס עם ממס. אם ליון יש ערך שלילי לשינוי האנטלפיה של תמיסה, זה מצביע על כך שהיון יתמוסס יותר באותו ממס.ערך חיובי גבוה מציין שיש סיכוי נמוך יותר שהיון יתמוסס.
מהי אנרגיית סריג?
אנרגיית הסריג היא מדד לאנרגיה הכלולה בסריג הגבישי של תרכובת, שווה לאנרגיה שהייתה משתחררת אילו היו מקרבים את היונים המרכיבים מאינסוף. ניתן להגדיר את אנרגיית הסריג של תרכובת גם ככמות האנרגיה הדרושה לפירוק מוצק יוני לאטומים שלו בשלב הגז.
מוצקים יוניים הם תרכובות יציבות מאוד עקב האנטלפיות של היווצרות מולקולות יוניות יחד עם היציבות עקב אנרגיית הסריג של המבנה המוצק. אבל לא ניתן למדוד את אנרגיית הסריג בניסוי. לכן, מחזור Born-Haber משמש לקביעת אנרגיית הסריג של מוצקים יוניים. יש להבין כמה מונחים לפני ציור מחזור נולד-הבר.
- אנרגיית יינון - כמות האנרגיה הנדרשת כדי להסיר אלקטרון מאטום ניטרלי בגז
- זיקה אלקטרונית – כמות האנרגיה המשתחררת כאשר אלקטרון מתווסף לאטום ניטרלי בגז
- אנרגיית דיסוציאציה - כמות האנרגיה הנדרשת כדי לפרק תרכובת לאטומים או ליונים.
- אנרגיית סובלימציה - כמות האנרגיה הדרושה להמרת מוצק לאדים שלו
- חום ההיווצרות - השינוי באנרגיה כאשר תרכובת נוצרת מהיסודות שלה.
- חוק הס – חוק הקובע שניתן לקבוע את השינוי הכולל באנרגיה של תהליך מסוים על ידי פירוק התהליך לשלבים שונים.
איור 02: מחזור Born-Haber ליצירת ליתיום פלואוריד (LiF)
ניתן לתת את מחזור נולד-הבר באמצעות המשוואה הבאה.
חום היווצרות=חום האטומיזציה + אנרגיית דיסוציאציה + סכום אנרגיות יינון + סכום זיקות אלקטרונים + אנרגיית סריג
אז ניתן לקבל את אנרגיית הסריג של תרכובת על ידי ארגון מחדש של המשוואה הזו באופן הבא.
אנרגיית סריג=חום היווצרות – {חום של אטומיזציה + אנרגיית דיסוציאציה + סכום אנרגיות יינון + סכום זיקות אלקטרונים}
מה ההבדל בין אנרגיית פתרון לאנרגיית סריג?
אנרגיית פתרון מול אנרגיית סריג |
|
| אנרגיית הפתרון היא השינוי באנרגיית גיבס כאשר יון או מולקולה מועברים מוואקום (או משלב הגז) לממס. | אנרגיית הסריג היא מדד לאנרגיה הכלולה בסריג הגבישי של תרכובת, שווה לאנרגיה שהיתה משתחררת אילו היו מקרבים את היונים המרכיבים מאינסוף. |
| עקרון | |
| אנרגיית הממס נותנת את השינוי באנתלפיה בעת המסת מומס בממס. | אנרגיית הסריג נותנת את השינוי באנתלפיה בעת היווצרות (או פירוק) של סריג. |
סיכום – אנרגיית פתרון מול אנרגיית סריג
אנרגיית הממס היא שינוי האנתלפיה של מערכת במהלך הפסת מומס בממס. אנרגיית סריג היא כמות האנרגיה המשתחררת במהלך היווצרות סריג או כמות האנרגיה הנדרשת לפירוק סריג. ההבדל בין אנרגיית הממס לאנרגיית הסריג הוא שאנרגיית הממס נותנת את השינוי באנטלפיה בעת המסת מומס בממס ואילו אנרגיית הסריג נותנת את השינוי באנטלפיה בעת היווצרות (או פירוק) של סריג.
