Гол ялгаа – Шийдвэрлэх энерги ба торны энерги
Уусгагчийг уусгагч дотор уусгах үед түүний Гиббс энергийн өөрчлөлтийг уусгах энерги гэнэ. Торны энерги гэдэг нь ионуудаас тор үүсэх үед ялгарах энерги эсвэл торыг задлахад шаардагдах энергийн хэмжээ юм. Уусгагчийн энерги ба торны энерги хоёрын гол ялгаа нь уусгагч дахь ууссан бодисыг уусгах үед уусгах энерги нь энтальпийн өөрчлөлтийг өгдөг бол торны энерги нь тор үүсэх (эсвэл задрах) үед энтальпийн өөрчлөлтийг өгдөгт оршино.
Шийдлийн энерги гэж юу вэ?
Ион эсвэл молекул вакуум (эсвэл хийн фаз)-аас уусгагч руу шилжих үед Гиббсийн энергийн өөрчлөлтийг уусгах энерги гэнэ. Уусгагч ба ууссан бодисын молекулууд эсвэл ионуудын харилцан үйлчлэлийг уусгах гэж нэрлэдэг. Ууссан бодис нь уусгагчид уусгах гэж буй нэгдэл юм. Зарим ууссан бодис нь молекулаас тогтдог бол зарим нь ион агуулдаг.
Уусгагч ба ууссан бодисын хэсгүүдийн харилцан үйлчлэл нь ууссан бодисын олон шинж чанарыг тодорхойлдог. Жишээ нь: уусах чадвар, урвалд орох чадвар, өнгө гэх мэт. Уусгах процессын явцад ууссан бодисын хэсгүүд уусгагч молекулуудаар хүрээлэгдсэн бөгөөд уусгагч цогцолбор үүсгэдэг. Энэ уусгагч нь ус байх үед уг процессыг усжилт гэж нэрлэдэг.
Ууслах процессын явцад янз бүрийн төрлийн химийн холбоо, харилцан үйлчлэл үүсдэг; устөрөгчийн холбоо, ион-диполь харилцан үйлчлэл ба Ван дер Ваалын хүч. Уусгагч ба ууссан бодисын нэмэлт шинж чанар нь уусгагч дахь ууссан бодисын уусах чадварыг тодорхойлдог. Жишээлбэл, туйлшрал нь уусгагч дахь ууссан бодисын уусах чадварыг тодорхойлдог гол хүчин зүйл юм. Туйлын уусгагчид туйлын уусгагчид сайн уусдаг. Поляр бус уусгагчид туйлшгүй уусгагчид сайн уусдаг. Харин туйлт ууссан бодисын туйлт бус уусгагчид уусах чанар (мөн эсрэгээр) муу байна.
Зураг 01: Натрийн катионыг усанд уусгах
Термодинамикийн тухайд эцсийн уусмалын Гиббс энерги нь уусгагч ба ууссан бодисын бие даасан Гиббсийн энергиэс бага байвал уусмал (аяндаа) боломжтой болно. Тиймээс Гиббсын чөлөөт энерги нь сөрөг утгатай байх ёстой (уусмал үүссэний дараа системийн Гиббсийн чөлөөт энерги буурах ёстой). Шийдвэр нь өөр өөр энергитэй өөр өөр алхмуудыг агуулдаг.
- Ууссан бодисыг байрлуулах зай гаргах уусгагчийн хөндий үүсэх. Энэ нь термодинамикийн хувьд тааламжгүй, учир нь уусгагчийн молекул хоорондын харилцан үйлчлэл буурч, энтропи багасдаг.
- Ууссан бодисын бөөмийг бөөнөөр нь салгах нь термодинамикийн хувьд бас тааламжгүй байдаг. Учир нь ууссан бодисын харилцан үйлчлэл багасдаг.
- Уусгагч-ууссан бодисын харилцан үйлчлэл нь уусгагчийн хөндий рүү ороход термодинамикийн хувьд таатай байдаг.
Солвацийн энергийг мөн уусалтын энтальпи гэж нэрлэдэг. Зарим тор нь уусгагчд уусдаг бол зарим тор нь уусдаггүй болохыг тайлбарлах нь ашигтай байдаг. Уусмалын энтальпийн өөрчлөлт нь ууссан бодисыг бөөнөөр нь ялгаруулах, уусгагчийг уусгагчтай нэгтгэх энергийн ялгаа юм. Хэрэв ион нь уусмалын энтальпийн өөрчлөлтөд сөрөг утгатай байвал энэ нь ион тухайн уусгагчд уусах магадлал өндөр байгааг илтгэнэ. Өндөр эерэг утга нь ион уусах магадлал бага байгааг харуулж байна.
Торны энерги гэж юу вэ?
Торны энерги гэдэг нь нэгдлийн талст торонд агуулагдах энергийн хэмжигдэхүүн бөгөөд бүрдэл хэсгүүдийн ионуудыг хязгааргүйгээс нийлүүлсэн тохиолдолд ялгарах энергитэй тэнцүү юм. Нэгдлийн торны энергийг мөн ионы хатуу бодисыг хийн фазын атом болгон задлахад шаардагдах энергийн хэмжээгээр тодорхойлж болно.
Ионы хатуу бодисууд нь ионы молекулуудын үүсэх энтальпийн улмаас хатуу бүтцийн торны энергийн тогтвортой байдлын улмаас маш тогтвортой нэгдлүүд юм. Гэхдээ торны энергийг туршилтаар хэмжих боломжгүй. Тиймээс ионы хатуу бодисын торны энергийг тодорхойлоход Born-Haber циклийг ашигладаг. Born-Haber циклийг зурахаас өмнө хэд хэдэн нэр томъёог ойлгох шаардлагатай.
- Иончлолын энерги – Хийн дэх саармаг атомаас электроныг зайлуулахад шаардагдах энергийн хэмжээ
- Электроны хамаарал – Хийн саармаг атомд электрон нэмэхэд ялгарах энергийн хэмжээ
- Диссоциацийн энерги – Нэгдлүүдийг атом эсвэл ион болгон задлахад шаардагдах энергийн хэмжээ.
- Сублимацын энерги – Хатуу бодисыг уур болгон хувиргахад шаардагдах энергийн хэмжээ
- Үүсэх дулаан – Элементүүдээс нэгдэл үүсэх үед энергийн өөрчлөлт.
- Хессийн хууль – Тодорхой үйл явцын энергийн ерөнхий өөрчлөлтийг үйл явцыг өөр өөр үе шатуудад хуваах замаар тодорхойлж болно гэсэн хууль.
Зураг 02: Литиум фтор (LiF) үүсэх Борн-Хаберын мөчлөг
Born-Haber мөчлөгийг дараах тэгшитгэлээр өгч болно.
Үүсэх дулаан=атомчлах дулаан + Диссоциацийн энерги + иончлолын энергийн нийлбэр + электроны хамаарлын нийлбэр + торны энерги
Тэгвэл энэ тэгшитгэлийг дараах байдлаар өөрчлөн нэгдлийн торны энергийг гаргаж болно.
Торны энерги=үүсэх дулаан – {атомжуулалтын дулаан + диссоциацийн энерги + иончлолын энергийн нийлбэр + электроны хамаарлын нийлбэр}
Шийдлийн энерги ба торны энерги хоёрын ялгаа юу вэ?
Шийдлийн энерги ба торны энерги |
|
| Ион эсвэл молекулыг вакуум (эсвэл хийн фаз)-аас уусгагч руу шилжүүлэх үед Гиббсийн энергийн өөрчлөлтийг уусгах энерги гэнэ. | Торны энерги гэдэг нь нэгдлийн болор торонд агуулагдах энергийн хэмжигдэхүүн бөгөөд бүрдэл хэсгүүдийн ионуудыг хязгааргүйгээс нийлүүлсэн тохиолдолд ялгарах энергитэй тэнцүү байна. |
| Зарчим | |
| Уусгагчийг уусгагч дотор уусгах үед энтальпийн өөрчлөлтийг уусгах энерги өгдөг. | Торны энерги нь тор үүсэх (эсвэл задрах) үед энтальпийн өөрчлөлтийг өгдөг. |
Товч мэдээлэл – Шийдвэрлэх энерги ба торны энерги
Уусгагч дахь ууссан бодис уусгах явцад системийн энтальпийн өөрчлөлтийг уусгах энерги гэнэ. Сүлжээний энерги гэдэг нь тор үүсэх явцад ялгарах энерги буюу торыг задлахад шаардагдах энергийн хэмжээ юм. Шилжилтийн энерги ба торны энерги хоёрын ялгаа нь уусгагч дахь ууссан бодисыг уусгах үед уусгах энерги нь энтальпийн өөрчлөлтийг өгдөг бол торны энерги нь тор үүсэх (эсвэл задрах) үед энтальпийн өөрчлөлтийг өгдөгт оршино.
