Τι είναι η ενθαλπία ενυδάτωσης;

Η ποσότητα της ενέργειας που παράγεται όταν ένα γραμμομόριο ιόντων υφίσταται ενυδάτωση είναι ενέργεια ενυδάτωσης ή ενθαλπία ενυδάτωσης. Η ενυδάτωση είναι ένα είδος λύσεως. Η ενέργεια ενυδάτωσης είναι μια μορφή διάλυσης ενέργειας όπου ο διαλύτης είναι το νερό. Ένα από τα πιο απαιτητικά στοιχεία της δομικής πρόβλεψης είναι ο προσδιορισμός του αριθμού των ενεργειών ενυδάτωσης. Όταν ένα άλας διαλύεται στο νερό, τα ανιόντα και τα κατιόντα αντιδρούν με τα θετικά και αρνητικά δίπολα του νερού. Η ενέργεια ενυδάτωσης είναι το αποτέλεσμα μιας αντιστάθμισης μεταξύ αυτών των αλληλεπιδράσεων και εκείνων εντός του κρυσταλλικού στερεού. Ο Wendell Latimer διαπίστωσε ότι η ενέργεια ενυδάτωσης σχετίζεται με την ιοντική ακτίνα του ανιόντος και των κατιόντων.

Τι είναι η ενθαλπία ενυδάτωσης;

Η ενθαλπία ενυδάτωσης ορίζεται ως η ποσότητα ισχύος/θερμότητας/ενέργειας που παράγεται όταν 1 mole αερίων ιόντων αναμιγνύεται με H2O (νερό) για να παραχθούν ενυδατωμένα ιόντα.

Ας πάρουμε το παράδειγμα του λιθίου. Είναι ένα αλκαλικό μέταλλο με πιο αρνητική τιμή ισχύος, E–, που υποδηλώνει υψηλή ισχύ μείωσης.

Η αναγωγική ισχύς συμβολίζεται ως το άθροισμα 3 ενεργειών:ενέργειας εξάχνωσης, ενέργειας ενυδάτωσης και ενέργειας ιονισμού.

Εμφανίζονται παρακάτω:

Πρώτον, για την ενέργεια εξάχνωσης

M(s) → M(g) 

Δεύτερον, για την ενέργεια ιονισμού

M(g) → M+( g) 

Τρίτο βήμα, για ενθαλπία ενυδάτωσης

M+(g) + H2O → M+(aq) 

Έτσι, εδώ μπορούμε να πούμε ότι, 

EO  = IE+ ΔHn +ΔHs

Όπου EO =Μείωση ισχύος

IE =ενέργεια ιονισμού 

ΔHn =Ενέργεια ενυδάτωσης 

ΔHs =Ενέργεια εξάχνωσης

Το λίθιο έχει υψηλή ενθαλπία ιονισμού λόγω του μικρού του μεγέθους. Ωστόσο, λόγω του μικρού του μεγέθους, είναι πολύ ενυδατωμένο και έχει υψηλότερη ενθαλπία ενυδάτωσης. Η υψηλότερη ενθαλπία της ενυδάτωσης αντιπροσωπεύει τη σημαντική ενέργεια που απαιτείται για την εξάλειψη των ηλεκτρονίων (στο δεύτερο βήμα). Ως εκ τούτου, το λίθιο έχει μεγαλύτερη τάση από άλλα αλκαλικά μέταλλα να χάνει ηλεκτρόνια στο διάλυμα. Ως αποτέλεσμα, το λίθιο είναι ο πιο ισχυρός αναγωγικός παράγοντας.

Έτσι, η υψηλή αναγωγική ισχύς του λιθίου σχετίζεται με την υψηλή ενέργεια ενυδάτωσης του και η μεγάλη ενέργεια ενυδάτωσης του λιθίου είναι ανάλογη με το μικρότερο μέγεθός του.

Παράγοντες που επηρεάζουν το μέγεθος της ενθαλπίας ενυδάτωσης

Η ενθαλπία ενυδάτωσης είναι η ενέργεια που παράγεται όταν αρνητικά ή θετικά ιόντα και μόρια νερού σχηματίζουν μια έλξη. Αυτές οι έλξεις μπορεί να είναι αυστηρές συντεταγμένες ομοιοπολικές συνδέσεις μεταξύ των ατόμων οξυγόνου, των θετικών ιόντων και των μορίων του νερού ή απλώς να χάνουν έλξεις ιόντων-διπόλων. Οι έλξεις ιόντων-διπόλων σχηματίζονται μεταξύ αρνητικών ιόντων και θετικών ιόντων υδρογόνου στα μόρια του νερού.

Ο βαθμός έλξης μεταξύ των ιόντων και των μορίων του νερού συνήθως εξαρτάται από το μέγεθος της ενθαλπίας ενυδάτωσης.

Η δύναμη έλξης είναι γενικά υψηλή στην περίπτωση των μικρότερων ιόντων. Οι ενθαλπίες ενυδάτωσης, για παράδειγμα, μειώνονται καθώς προχωράμε προς τα κάτω στον Περιοδικό Πίνακα. Το ιόν λιθίου έχει την υψηλότερη ενθαλπία ενυδάτωσης στην Ομάδα 1 του περιοδικού πίνακα, ενώ το μικρότερο ιόν φθορίου έχει τη μέγιστη ενθαλπία ενυδάτωσης στην Ομάδα 7. Καθώς το μέγεθος των ιόντων αυξάνεται, η ενθαλπία ενυδάτωσης μειώνεται και στις δύο ομάδες.

Το φορτίο του ιόντος είναι ευθέως ανάλογο με τη δύναμη έλξης μεταξύ των ιόντων, δηλαδή η έλξη έγινε ισχυρότερη με την αύξηση του φορτίου. Για παράδειγμα, τα ιόντα της Ομάδας 2 (όπως το Mg2+) έχουν σημαντικά μεγαλύτερες ενθαλπίες ενυδάτωσης από τα ιόντα της Ομάδας 1 (όπως το Na+).

Εφαρμογή ενθαλπίας ενυδάτωσης

Ένα παράδειγμα ενθαλπίας ενυδάτωσης είναι η αντίδραση νερού και τσιμέντου. Επειδή η διαδικασία είναι εξώθερμη, απελευθερώνεται πολλή θερμότητα. Σε μαζικές κατασκευές όπως φράγματα και άλλες κατασκευές, όπου μεγάλες ποσότητες τσιμέντου χρησιμοποιούνται για την κατασκευή τεράστιων τσιμεντόλιθων, η θερμότητα που εκπέμπεται γίνεται σημαντική.

Η θερμότητα παράγεται κατά τη διαδικασία πήξης. Οι εξωτερικές άκρες των τούβλων ψύχονται πιο γρήγορα από τις εσωτερικές άκρες, με αποτέλεσμα μια διαβάθμιση θερμοκρασίας στο τούβλο που μπορεί να οδηγήσει σε ρωγμές και δομικές αστοχίες. Για να αποφευχθεί αυτή η πρόκληση, για τεράστιες κατασκευές προτιμώνται τύποι τσιμέντου χαμηλής θερμότητας, τσιμέντο που περιέχει ποζολανικά πρόσμικτα όπως ιπτάμενη τέφρα ή σκωρία και σκυρόδεμα που παρασκευάζεται με πάγο και όχι νερό.

Συμπέρασμα

Στο παραπάνω θέμα, συζητήσαμε την ενθαλπία ενυδάτωσης. Είναι μια από τις πιο κρίσιμες έννοιες της χημείας που χρησιμοποιείται ευρέως στις χημικές εξισώσεις. Η ενθαλπία ενυδάτωσης ορίζεται ως η ποσότητα ενέργειας που παράγεται όταν ένα γραμμομόριο αερίων ιόντων αναμιγνύεται με νερό για να παραχθούν ενυδατωμένα ιόντα. Οι διάφοροι παράγοντες που καθορίζουν την ενθαλπία ενυδάτωσης είναι η ενθαλπία ενυδάτωσης, η ιοντική ακτίνα και η ιοντική φόρτιση. Οι χημικές αντιδράσεις που παράγουν θερμότητα παρουσία νερού και τσιμέντου λειτουργούν με βάση την αρχή της ενθαλπίας ενυδάτωσης.