Ενθαλπία Στοιχείων Ενυδάτωσης

Η ενθαλπία ενυδάτωσης είναι η ποσότητα ενέργειας που παράγεται όταν 1 (ένα) mole των αερίων ιόντων αναμειγνύεται με H2O (νερό) για να παραχθούν ενυδατωμένα ιόντα. Η ενέργεια ενυδάτωσης είναι ένα σημαντικό συστατικό στη σύντομη ανάλυση της διαλυτοποίησης. 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.

Ενθαλπία Στοιχείων Ενυδάτωσης

Οι τιμές ενθαλπίας ενυδάτωσης ορισμένων βασικών στοιχείων δίνονται παρακάτω:

Ίων	ꕔH Hyd (kJ/mol)
I–	-296
Cl–	-364
Br–	-337
Cs+	-277
F–	-506
Li+	-520
Na+	-405
K+	-321
Rb+	-300

Η ενθαλπία ενυδάτωσης είναι ανάλογη με την πυκνότητα φορτίου των ιόντων. Η πυκνότητα φορτίου των μικρότερων ιόντων είναι μεγαλύτερη. ως εκ τούτου η ενθαλπία ενυδάτωσης μικρότερων ιόντων είναι υψηλότερη. Η ελκτική δύναμη μεταξύ του ιόντος και του πολικού άκρου του νερού αυξάνεται καθώς αυξάνεται η πυκνότητα του φορτίου. Έτσι, τα μικρότερα ιόντα έχουν πιο εξαιρετική τιμή ενθαλπίας ενυδάτωσης. Τα αλκαλιμέταλλα έχουν υψηλότερη ενθαλπία ενυδάτωσης και ο βαθμός ενυδάτωσης μειώνεται καθώς μετακινείστε στην ομάδα στον περιοδικό πίνακα.

Παράγοντες που επηρεάζουν το μέγεθος της ενθαλπίας ενυδάτωσης

• Η ιοντική ακτίνα και το φορτίο επηρεάζουν την ενθαλπία της ενυδάτωσης. Η ενθαλπία ενυδάτωσης εξαρτάται από την πυκνότητα φορτίου των ιόντων. Η ενθαλπία ενυδάτωσης είναι ενέργεια που παράγεται όταν αρνητικά ή θετικά μόρια και μόρια νερού σχηματίζουν μια έλξη. Μπορεί να υπάρχουν αυστηρές ομοιοπολικές συνδέσεις συντεταγμένων μεταξύ των ατόμων οξυγόνου, θετικών ιόντων και μορίων νερού ή απλώς να χαθούν έλξεις ιόντων-διπόλων. Οι έλξεις ιόντων-διπόλων σχηματίζονται μεταξύ αρνητικών ιόντων και υδρογόνων στα μόρια H2O (νερό). Ο βαθμός έλξης μεταξύ των ιόντων και των μορίων του νερού συνήθως εξαρτάται από το μέγεθος της ενθαλπίας ενυδάτωσης.
• Το φορτίο του ιόντος είναι ευθέως ανάλογο με τη δύναμη έλξης μεταξύ τους, δηλ. η έλξη έγινε πιο ισχυρή 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 (Na+).
• 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. Ένα ιόν λιθίου έχει τη μεγαλύτερη 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.
• Ένας άλλος κρίσιμος παράγοντας που επηρεάζει την ενθαλπία ενυδάτωσης των στοιχείων είναι η ιοντική ακτίνα. Καθώς μειώνουμε την ακτίνα του ιόντος, το ΔHhydθ γίνεται πιο εξώθερμο. Η πυκνότητα φορτίου είναι εξαιρετικά υψηλή σε μικρά στοιχεία, καθιστώντας την έλξη ιόντων-διπόλου ισχυρότερη μεταξύ ιόντων και μορίων νερού στο διάλυμα. Το σύστημα ενυδατώνεται, λόγω του οποίου απελευθερώνει περισσότερη ενέργεια. Ως αποτέλεσμα, έγινε πιο εξώθερμος.

Παραδείγματα ενθαλπίας ενυδάτωσης 

Ένα από τα πιο κατάλληλα παραδείγματα ενθαλπίας ενυδάτωσης είναι η αντίδραση του τσιμέντου με το νερό. Η αντίδραση μεταξύ αυτών των ενώσεων είναι εξώθερμη και απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα θερμότητας.

Γιατί το λίθιο έχει την ενθαλπία υψηλής ενυδάτωσης;

Η ενθαλπία ενυδάτωσης του ιόντος λιθίου είναι η υψηλότερη στην Ομάδα 1, ενώ η ενθαλπία ενυδάτωσης του μικρού ιόντος φθορίου είναι η υψηλότερη στην Ομάδα 7. Το λίθιο έχει την πιο πολωτική επίδραση στο κατιόν μετάλλου από όλα τα μέταλλα αλκαλίων. Καθώς το ιόν Li+ έχει το μικρότερο μέγεθος, ενισχύει την πυκνότητα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια ενυδάτωσης του αυξάνεται σημαντικά.

Συμπέρασμα

Στο παραπάνω θέμα, έχουμε συζητήσει την ενθαλπία ενυδάτωσης των στοιχείων. Ενθαλπία ενυδάτωσης είναι η ποσότητα της ενέργειας που παράγεται όταν 1 mole των αερίων ιόντων αναμειγνύεται με H2O (νερό) για να παραχθούν ενυδατωμένα ιόντα. Οι διάφοροι παράγοντες που καθορίζουν την ενθαλπία ενυδάτωσης είναι η ιοντική ακτίνα και η ιοντική φόρτιση. Οι χημικές αντιδράσεις που παράγουν τη θερμότητα στο νερό και το τσιμέντο λειτουργούν με την αρχή της ενθαλπίας της ενυδάτωσης. Οι συναρτήσεις του τσιμέντου είναι το υδραυλικό κάλυμμα και αυξάνουν τον διαμοριακό δεσμό μεταξύ των διαφόρων κατακερματισμένων σωματιδίων. Η ενθαλπία ενυδάτωσης των στοιχείων που υπάρχουν στη φύση είναι:-

Li+>Na+>K+>Rb+>Cs+>F–>Cl–>Br–>I–