溶液のエンタルピー(ΔH soln ): これは、1モルの溶質が溶媒に溶解して無限に希釈溶液を形成するときに発生するエンタルピー変化です。
格子エンタルピー(ΔH格子 ): これは、1モルの固体イオン化合物がその気体イオンに分離されたときに発生するエンタルピー変化です。結晶格子にイオンを一緒に保持する静電力を克服するためにエネルギーが必要であるため、それは常に正です。
水分補給エンタルピー(ΔH hyd ): これは、1モルの気体イオンが水に溶けて水和イオンを形成するときに発生するエンタルピー変化です。イオンが極水分子と相互作用するとエネルギーが放出されるため、通常は負です。
関係:
溶液のエンタルピーは、格子エンタルピーと水和エンタルピーの合計です。
Δh soln =ΔH格子 +Δh hyd
説明:
* 格子エンタルピーが水和エンタルピーよりも大きい場合(ΔH格子>Δh hyd ): 溶解プロセスは吸熱です(ΔH soln > 0)、つまり、熱は周囲から吸収されます。これは、通常、強力なイオン結合とハロゲン語のような比較的弱い水分補給エネルギーを持つ化合物で観察されます。
* 水和エンタルピーが格子エンタルピーよりも大きい場合(ΔH hyd >ΔH格子 ): 溶解プロセスは発熱性です(ΔH soln <0)、つまり、熱が周囲に放出されることを意味します。これは、通常、強い水分補給エネルギーと比較的弱いイオン結合を持つ化合物で観察されます。
例:
水中の塩化ナトリウム(NaCl)の溶解を考えてみましょう。
* 格子エンタルピー(ΔH格子 ): +787 kj/mol(結晶格子を破るのに必要なエネルギー)
* 水和エンタルピー(ΔH hyd ): -783 kj/mol(イオンが水分補給されたときに放出されるエネルギー)
溶液のエンタルピー(ΔH soln ): +787 kJ/mol +(-783 kJ/mol)=+4 kJ/mol
溶液のエンタルピーはわずかに正であるため、水中のNaClの溶解はわずかに吸熱します。
重要なメモ:
*水和エンタルピーは、イオンのサイズと電荷に依存します。小さくて高度に帯電したイオンは、より大きな水和エンタルピーを持っています。
*溶液のエンタルピーは、溶液の温度や圧力などの要因によっても影響を受ける可能性があります。
*この単純化された関係は、発生する唯一の相互作用がイオンと水分子の間であることを前提としています。現実には、他の相互作用は、全体的なエンタルピーの変化にも寄与する可能性があります。
これら3つのエンタルピー間の関係を理解することで、イオン化合物の溶解度を予測し、溶解プロセス中に観察された熱変化を説明します。